Биологические науки/Микробиология

к.б.н. Лахтин М.В., д.б.н. Лахтин В.М., д.м.н. Афанасьев С.С.

Отдел медицинской биотехнологии, Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского, Россия

Борьба за пространство и ресурсы между пробиотическим и условно патогенным компартментами в потенциальном биотопе: лектиновые имитаторы пробиотиков против эукариотических патогенов – значение для биотехнологии

Резюме

Предложенная на основании собственных данных концепция прогнозируемых ответов массива микрогриба в условиях точечно локализованных лектинов пробиотиков позволяет оценивать поведение эукариотического патогена как единого коммуникативного организма. Развитая концепция поможет конструировать направленные последовательности ландшафтов и метаболических состояний заданных комбинированных микробиоценозов для медицинской и индустриальной биотехнологии. Ключевые слова: биотопный микробиоценоз, ландшафт, лектины пробиотиков, эукариотические патогены.

Resume

Lakhtin V.M., Lakhtin M.V., Afanasiev S.S.

Department of Medical Biotechnology, G.N. Gabrichevsky Research Institute

for Epidemiology & Microbiology, Russia.

The fight for the space and resources between probiotic and relatively pathogenic compartments in potential biotope: lectin type imitators of probiotics against eukaryotic pathogens - importance for biotechnology

Using own data, conception of microfungal massive (communicative organism) predicted responses in the presence of dot-localized probiotic lectins is proposed. The rules of eukaryotic pathogen behavior in the presence of cascade antimycotics are described. The data will help in deeper understanding relationships among microbiota in biotopes as well as for constructing directed space cascades of microbiocenose landscapes for medical and industrial biotechnology. Key words: biotope microbiocenosis, landscape, probiotic lectins, eukaryotic pathogens.

Введение: Среди микрогрибов и бактерий распространены наборы гликопротеиновых поверхностных регуляторов, противопоставленных в микробиоценозах функционально и организационно лектинам пробиотиков (ЛП) [1-3]. При этом ЛП в физиологических дозах функционируют в биотопах напрямую или через каскады как мультипотентные антимикробные эффекторы и сигналы в направлениях между микробами и между микробами и клетками человека. Цель работы – развитие на примере условно патогенных микрогрибов концепции предсказуемых ответов массива эукариотического патогена (МЭП), окруженного локализованными имитаторами пробиотиков (ЛП), в свете важности для биотехнологии (БТ).

Материалы и методы: В работе использовались изоляты грибов из двух биотопов: прямой кишки и урогенитального тракта пациентов [4-7]. Антигрибная активность исследовалась диск-диффузионным методом с использованием агара Сабуро. Грибы высевались сплошь или штрихами. Диски с лектинами располагались на периферии и в центре чашек. Использовали ЛП пробиотических бактерий: кислые и щелочные лектины лактобацилл и бифидобактерий [8]. За ростом наблюдали в стандартных и пролонгированных стрессовых условиях.

Результаты и их обсуждение:

Кодекс-1 поведения микрогриба. Концепция (общая) выживания МЭП как коммуникативного тела. Признаки и характеристика коммуникационного тела кандид. *Необходимость минимального времени покоя для закрепления на территории и создания своего биополя; невозможность МЭП в потоке, при перистальтике, частотном воздействии (для БТ: способы физиотерапии, нарушающие покой МЭП). *Ранняя разметка (симметричная, секторная, пограничная) занимаемой микрогрибом территории, сохраняемая длительное время [4, 10]. *Быстрое формирование внешней границы максимально захваченной территории (например, полушаров с сыпучим мелкодисперсным наполнителем, разрушающихся при одноточечном ударе с нарушением границы сферы) (для БТ: выращивание тонкослойных прочных прозрачных био(полу)сфер, в том числе в невесомости). *Быстрое накопление и защита запасов воды (наличие механизма переключения при стрессе на интенсификацию развития и функционирования мицелий-подобной инфраструктуры: при заморозке-разморозке видна сеть каналов [более мелких и частых в околоцентральной области], дающих большое количество жидкости) (для БТ: способ быстрого накопления и консервации воды, восстановление ее ресурсов). *Формирование функционально различных псевдоподий, в том числе концевых «буров» (скоплений - выпячиваний соответственно организованных градиентов определенных субпопуляций клеток МЭП) [9]. Это положение следует из признаков организации и функционирования тела микрогриба: а) в центральных областях - центростремительный рост псевдоподий с образованием наиболее приподнятого [захват трехмерного пространства] на территории массива окончания с максимальной свободой перемещений в поиске защитных пор с целью их колонизации); б) в пограничных областях - рост псевдоподий параллельно периметру (по или против часовой стрелки с образованием кластеров мелких «буров» для быстрого захвата территории и формирования скоординированного сенсорного механизма ответов на стресс); в) промежуточный тип псевдоподий как максимально полифункциональный (способный переключаться в «а»- или «б»- тип) (для БТ: организация малоассоциатных (минимизированных триггерных) направленных биобуров – заполнителей пор сорбентов и их разрушителей [селекция и отбраковка сорбентов]; разработка сенсорных биобуров в ответ на стресс; реализация территориальных принципов конструирования направленного примитивного функционально ориентированного имитационного псевдоорганогенеза). *Узнавание образов и создание ответных инфообразных аналогов (их сложение из первоначальных «двоичных» ответов «лакуна-вал») сигналов стресса по всей территории МЭП, необратимое расходование территории на изображение ответов, влияние предшествующих изображений на форму последующих, превращение МЭП в островковый законсервированный [9] (для БТ: программы по исследованию алгоритмов распознавания образов грибами; выбор языковых алгоритмов направленного воздействия на МЭП, в том числе с терапевтической целью). *Каннибализм, безотходные утилизация/перереработка/перераспределение собственных ресурсов и биоматериала в направлении благоприятных для выживания областей, апоптоз пограничных сенсорных стрессовых популяций и в рамках ответов типа «двоичных» образований «лакуна[одновременно потенциальный новый резервуар воды] + вал[одновременно защита/запас/консервация утолщенного слоя]» [9] (для БТ: модельный потенциал применения правил и для популяций клеток человека, а также патологически измененных клеток и тканей пациента; возможность использования в борьбе с МЭП в рамках концепции сигнального биополя эукариотических клеточных систем в соответствии с накопленными знаниями в областях апоптоза, каннибализма и гистогенеза).

Кодекс-2 поведения микрогриба. Концепция (частная) поведения МЭП в норме и при стрессе в присутствии и под влиянием каскадных антимикотиков на примере ЛП, позволяющая прогнозировать результаты [4, 5, 7, 9, 10].

Правила поведения системы «МЭП - ЛП». *Существование «болевых» точек (дотов) воздействия на МЭП посредством ЛП (в рамках деления МЭП на неблагоприятные и благоприятные для выживания области пространства) [4] (для БТ: проектирование оптимальной мозаики-каскадов антимикробных мультидотов для эффективной терапии). *Скоординированный синергидный выбор направления развития ЛП-эффекта анти-МЭП (центробежные, центростремительное, влево и/или вправо, против и/или по часовой стрелке; также в трехмерной проекции) [4, 5] (для БТ: моделирование биоискривление биопространства, когда, например, под воздействием соседних периферических ЛП-дотов синергидно искривляются первоначально прямые оси разметки территории гриба, соединяющие периферические доты с центральным [7]). *Синергидное широкополосное проявление действия анти-МЭП в периферической области шара (в проекции - круга) при соседнем расположении двух ЛП-дотов в периферической области, приближенной к границе МЭП (для БТ: возможность конструирования [съемных] широкополосных приграничных орбит анти-МЭП заданной конфигурации). *Синергидное достраивание шаровой (в проекции - круговой) анти-МЭП-зоны при расположении соседних ЛП-дотов в периферической области МЭП на предполагаемой виртуальной сфере эффекта (в проекции – на круге) внутри МЭП. Из вышесказанного следует, что, например, в случае поражения ногтей грибом ЛП, как эффективные, следует расположить в позициях начала роста ногтей и по условному периметру параллельно направлению роста. *Отсутствие роста аспергиллов в местах реализованного действия ЛП против кандид (меченых грибом местах анти-МЭП для себя и близких в таксономическом отношении организмов: пограничной и околоцентральной областях анти-МЭП [6] (для БТ: возможность прерывания цепочек микопаразитизма, например, развития последовательности «кандиды--аспергиллы»).

Новые признаки патогенности МЭП. *Устойчивость массива к деградации в присутствии ЛП (на фоне варьирующей устойчивости к антибиотикам), в том числе в максимально благополучных местах для выживания (в околоцентральных или внутренних/«глубинных» защищенных областях и центре агарового поля как максимально многослойном и утолщенном - месте схождения секторов МЭП) [4] (для БТ: возможность тактики нарушения/ разрыхления границы с последующей деградации всего МЭП). *Способность МЭП к резкому/скачкообразному переключению ландшафта, метаболического состояния и развитию волнового направленного процесса изменений по всему непрерывному массиву в присутствии ЛП [5] (для БТ: «макро»волновой тип передачи биоинформации – передачи биомассы). *Выраженность сцепленной обратной связи, когда потенциально более вирулентный индивидуальный МЭП (например, продуцирующий гидролазные факторы вирулентности) или вид (когда такого рода связь характерна для большинства тестированных МЭП в пределах вида) инициирует более выраженную защитную антагонистическую активность ЛП (очевидно существование эволюционно закрепленной обратной связи противопоставленных компартментов в микробиоценозах биотопов) [11] (для БТ: конструирование триггерных взаимозависимых биосистем). *Учащенное проявление синергизма ЛП и антибиотиков против МЭП как преимущественно многофакторное (мультисинергизм) [7] (для БТ: возможность одновременного тестирования вариантов мультисинергизма на агаре между тремя дисковыми носителями эффекторов против МЭП) [4, 7, 10].

Описанные кодексы поведения МЭП в присутствии ЛП являются базовыми для прогнозирования, дают новые подходы к оценке патогенности эукариотических микроорганизмов и разработке эффективных каскадных препаратов и схем борьбы с патогеном. В широком смысле концепции дают рычаги управления направленным (биополевым) развитием дрожжевых и других эукариотических ландшафтов со сменой метаболических состояний.

Заключение: В целом, противостоят два главных компартмента биотопа с участием ЛП: а) (условно) патогенный компартмент (ЛП как имитаторы пробиотиков, сигналы надзора за уровнем экспрессии вирулентных факторов, каскадные антибиотики нового типа, деструкторы биопленок патогенов, переключатели метаболических состояний, организаторы и навигаторы сети антимикробных полезных для человека событий, синергидные антимикробные эффекторы, в том числе в рамках единой защитной системы суперорганизма человека, включающей структурно-функциональное многообразие антипатогенных систем); б) пробиотический компартмент (ЛП как сигнальные синергидные авторегуляторы, модуляторы и селекторы популяций общего пула потенциальных источников пробиотиков, стабилизаторы здорового консенсуса в биотопе; участники Quorum Sensing и Cross-Talking, стабилизаторы пробиотических популяций напрямую [будучи полученными из пробиотических бактерий человека, ЛП не вступают в антагонизм с устойчивой жизнедеятельностью пробиотических популяций, но аддитивно усиливают их сигнальную систему] и косвенно [высвобождая и создавая новые ресурсы для пробиотиков] путем элиминации ослабленных и патологически измененных конкурентов) [12]; в) оба компартмента, взаимодействующие на сигнальном языке ЛП и ферментов [13, 14]. Результаты могут служить руководством для скрининга и испытания системных и каскадных антимикотических и антибиотик-подобных препаратов и их мультисинергизма.

Литература

1. Подобрянский О.С., Лахтин В.М., Кузнецов А.Е., Цыряпкин В.А., Ямсков И.А. Изучение высокомолекулярных аутостимуляторов биосинтеза у дрожжей Candida utilis и бактерий // Биотехнология. - 1993. - N4. - C. 10 - 13.

2. Лахтин М.В., Алешкин В.А., Лахтин В.М., Несвижский Ю.В., Афанасьев С.С., Поспелова В.В. Роль лектинов пробиотических микроорганизмов в жизнеобеспечении макроорганизма // Вестник РАМН. - 2010. - № 2. - С. 3 - 8.

3. Lakhtin M., Lakhtin V., Aleshkin V., Afanasiev S. Lectins of beneficial microbes: system organization, functioning and functional superfamily // Beneficial Microbes. - 2011. – V. 2. – P. 155 – 165.

4. Лахтин М.В., Лахтин В.М., Алешкин В.А., Афанасьев С.С., Пожалостина Л.В., Поспелова В.В., Корсун В.Ф. Фито- и пробиотические лектины – синергичные антипатогены // Практ. фитотер. - 2010. - № 1. - C. 5 - 11.

5. Lakhtin M., Aleshkin V., Lakhtin V., Afanasiev S., Pozhalostina L., Pospelova V. Probiotic lactobacillus and bifidobacterial lectins against Candida albicans and Staphylococcus aureus clinical strains: New class of pathogen biofilm destructors // Probiotics & Antimicro. Prot. – 2010. – V. 2. – P. 186 – 196.

6. Лахтин М.В., Лахтин В.М., Алешкин В.А., Афанасьев С.С., Пожалостина Л.В., Поспелова В.В., Корсун В.Ф. Противогрибной потенциал лектиновых пробиотических и фитопрепаратов: типы, механизмы и факторы действия против патогенных грибов человека // Практ. фитотер. - 2009. - № 4. - С. 17 - 25.

7. Лахтин М.В., Алешкин В.А., Лахтин В.М., Галимзянов Х.М., Афанасьев С.С., Караулов А.В., Несвижский Ю.В., Байракова А.Л., Воропаева Е.А., Алешкин А.В., Рубальский Е.О. Поведение патогенных грибов рода Сandida в присутствии пробиотических лектинов // Астраханский мед. ж. – 2011. – № 2. - С. 73 - 76.

8. Lakhtin V.M., Lakhtin M.V., Pospelova V.V., Shenderov B.A. Lactobacilli and bifidobacteria lectins as possible signal molecules regulating intra- and interpopulation bacteria-bacteria and host-bacteria relationships. Part I. Methods of bacterial lectin isolation, physicochemical characterization and some biological activity investigation // Microb. Ecol. Health & Dis. - 2006. - V. 18. - P. 55 - 60.

9. Лахтин М.В, Лахтин В.М., Алешкин В.А., Байракова А.Л., Афанасьев С.С., Корсун В.Ф. Фито- и пробиотик-аналоговая терапия грибных инфекций: теория и практический потенциал в развитии // ARS MEDICA. - 2011. – № 15. – С. 183 - 187.

10. Lakhtin M.V., Lakhtin V.M., Afanasiev S.S., Bajrakova A.L., Aleshkin V.A. Candida clinical strain mass acts as communicative body which control area: symmetrical landscapes altered by antifungals // СD-ROM Abstracts of the 29^th Annual Meeting of the ESPID. Programme Book. - Hague, 2011. – P. 96.

11. Lakhtin M., Lakhtin V., Bajrakova A., Aleshkin A., Аfanasiev S., Aleshkin V. Interaction of probiotic bacterial lectins to Candida species // Сборник статей VIII международной НПК «Науки и технологии: шаг в будущее». – Прага, 2012.

12. Лахтин В.М., Байракова А.Л., Лахтин М.В., Беликова Е.В., Афанасьев С.С., Алешкин В.А. Регулирующие нормофлору биотопа свойства лектинов пробиотического консорциума бактерий человека: скрининг, модуляция и селекция популяций лактобацилл из одного и того же биотопа // Сборник статей VIII международной НПК «Дни науки». – Прага. - 2012.

13. Лахтин М.В., Лахтин В.М., Алешкин В.А., Афанасьев С.С., Алешкин А.В. Лектины и ферменты в биологии и медицине. М.: Изд.«Династия», 2010. 496 с.

14. Lakhtin M.V., Lakhtin V.M., Alyoshkin V.A. Lectin and enzyme relationships in microbiology // Int. J. Mol. Clin. Microbiol. - 2011. – V. 1; No 1. – P. 9 - 14.