Известия РАН. Серия биологическая, 2022, № 4, стр. 401-411

ВЛИЯНИЕ ГЕЛЬМИНТНЫХ ИНВАЗИЙ НА СОСТАВ КИШЕЧНОЙ МИКРОБИОТЫ ХОЗЯИНА

Микробиота кишечника, как присутствующая в химусе, так и ассоциированная со слизистой кишечника и паразитирующими в нем гельминтами, играет важную многофункциональную роль в жизни макроорганизмов. Роль микроорганизмов в кишечнике неоднозначна, изменяется в зависимости от различных факторов внешней и внутренней среды. Известно, что качественный и количественный состав кишечной микробиоты изменяется под действием различных эндогенных (структура пищеварительного тракта, рН кишечного содержимого, анаэробные условия, ферменты кишечника, осмотическое давление, иммунитет хозяина) и экзогенных (абиотические и биотические факторы окружающей среды, в том числе пищевые вещества) факторов (Извекова, 2006, 2008; Austin, 2006). Выдвинуто предположение, что при гельминтных инфекциях происходят значительные изменения в численности и составе микробиоты желудочно-кишечного тракта (Eckburg et al., 2005). Хотя конкуренция между гельминтами за пищевые ресурсы, секреция ингибиторов роста бактерий некоторыми видами (Hewitson et al. 2011), а также возраст и диета хозяина (Berrilli et al., 2012; Glendinning et al., 2014) были предложены как факторы, влияющие на состав микробиоты кишечника, взаимодействие между хозяином, гельминтами и микробиотой привлекает большое внимание из-за способности гельминтов вызывать прямые или косвенные изменения в составе микробиоты (Glendinning et al., 2014).

Гельминтами, передающимися через почву, заражены более 1.5 млрд человек по всему миру, однако мало что известно о том, как они взаимодействуют с кишечной микробиотой. Этими паразитами преимущественно заражены представители из развивающихся стран, чем могут объясняться различия в количественном и качественном составе их кишечной микробиоты по сравнению с жителями развитых стран (Lee et al., 2014). Основная часть работ посвящена исследованиям взаимоотношений в системе хозяин – паразит – микробиота, где в качестве паразита выступают различные виды нематод. Чаще всего это представители родов Ascaris, Trichuris, Necator. Так, установлено, что зараженные нематодами Trichuris пациенты имели большее видовое богатство кишечной микробиоты, что свидетельствует о влиянии гельминотов на разнообразие, структуру бактериальных сообществ и функции кишечной микробиоты (Lee et al., 2014).

Благодаря анатомическому, физиологическому и иммунологическому сходству между видами при исследовании заболеваний человека в качестве модели широко используются свиньи. Более того, у свиней и человека сопоставимо биологическое разнообразие кишечной микробиоты (Li et al., 2012). Гельминтные инвазии распространены в системах свиноводства во всем мире и среди людей из районов с ограниченными ресурсами. Нематоды Trichuris suis у свиней – пример распространенного гельминтоза, вызывающего диарею, анорексию и замедление роста, что можно контролировать приемом антигельминтных препаратов. Исследование инфекции T. suis у свиней имеет важное значение для здоровья человека, поскольку с его помощью можно выяснять механизмы взаимодействий между хозяином, паразитом и микробиотой. Изучено влияние инфекции T. suis на состав кишечной микробиоты свиней (Li et al., 2012) и связь между состоянием слизистой оболочки, иммунным ответом, зараженностью и изменениями в составе микробиоты (Wu et al., 2012). У инфицированных животных обнаружено большое количество бактерий Mucispirillum и уменьшение количества целлюлолитических бактерий Ruminococcus, колонизирующих слизь (Li et al., 2012). Было отмечено, что 21-дневная инфекция T. suis у свиней вызывала в просвете проксимального отдела толстой кишки глубокие изменения, как состава микробиоты, так и метаболического потенциала. Изменения в количестве Succinivibrio и Mucispirillum были связаны с вызванными паразитом изменениями в метаболизме углеводов и аминокислот и нарушениями ниш их обитания при патологии слизистой оболочки (Li et al., 2012). Кроме того показано, что популяции кишечной микробиоты изменяются после заражения свиней нематодой T. suis и авторы предполагают, что это связано с наличием различных питательных источников для бактерий в результате повреждения паразитом кишечного эпителия (Wu et al., 2012).

Исследований с использованием метатаксономического подхода для изучения связи между желудочно-кишечными гельминтами и составом и разнообразием микробиоты у млекопитающих не так много (Walk et al., 2010; Rausch et al., 2013; Cooper et al., 2013; Cantacessi et al., 2014). Экспериментальное заражение лабораторных мышей нематодой Heligmosomoides polygyrus bakeri приводило к увеличению количества бактерий в месте колонизации гельминтов как в подвздошной/ тонкой кишке (Walk et al., 2010), так и в слепой и толстой кишке (Rausch et al., 2013). В то время как, экспериментальное удаление власоглавов Trichurus trichuria у людей или заражение анкилостомой Necator americanus не влияло на разнообразие и состав фекальной микробиоты хозяина. Однако экспериментальное заражение гельминтами может увеличить микробное разнообразие, например, у лабораторных животных (Kreisinger et al., 2015; Zaiss, Harris, 2016).

Не обнаружено влияния нематоды Trichuris trichiura на состав микробиоты фекалий детей по сравнению с неинфицированными детьми, а лечение инфекции не влияло на состав микробиоты. Однако при смешанных инвазиях A. lumbricoides и T. trichiura отмечено уменьшение общего разнообразия бактерий и, в частности, снижение относительной численности некоторых членов класса клостридий (Cooper et al., 2013).

Показано, что, хотя заражение анкилостомой Necator americanus приводит к незначительному увеличению разнообразия в составе микроорганизмов, не выявляется значимое влияние на структуру сообщества, разнообразие или относительное обилие отдельных видов бактерий. Выдвинуто предположение, что анкилостомы и другие гельминты могут вызывать изменения состава микробиоты в месте инфекции (например, слизистой двенадцатиперстной кишки для анкилостомы), которые не отражаются на составе фекальных микробных сообществ (Cantacessi et al., 2014).

Установлено, что заражение крупного рогатого скота нематодой Ostertagia ostertagi приводит к нарушению функции желудочно-кишечного тракта (Li et al., 2011). Дана характеристика микробиоты сычуга в ответ на повторное заражение паразитом. Показано, что повторная инфекция не вызвала значительного изменения состава микробного сообщества у животных. Инфекция, по-видимому, имела минимальное влияние на микробное разнообразие сычуга на уровне рода у иммунизированных животных. Авторы считают, что полученные результаты демонстрируют способность иммунизированных животных развивать и поддерживать надлежащую стабильность микробной экосистемы сычуга, а минимальное нарушение микробиоты сычуга крупного рогатого скота в результате повторного инфицирования может в равной степени способствовать восстановлению функции желудка у иммунизированных животных (Li et al., 2011). В ходе эволюции хозяин и его микробиота установили мутуалистические отношения. Микробиота сычуга содержит бактерии, которые продуцируют мощный ингибитор секреции гастрина в организме хозяина, что приводит к снижению уровня гастрина примерно на 90% и напрямую влияет на физиологию хозяина. Показано, что сычужная микробиота может продуцировать значительное количество серпинов, большого класса ингибиторов протеаз, участвующих в регуляции широкого спектра физиологических процессов. Серпины, продуцируемые сычужной микробиотой, предотвращают прикрепление протеаз хозяина, играя важную роль во взаимодействии между сычужной микробиотой и хозяином. Возможно, паразитарная инфекция изменяет состав микробиоты кишечника и, таким образом, снижает производство незаменимых аминокислот микробиотой (Li et al., 2011).

Некоторыми авторами высказано предположение, что состав микробиоты в двенадцатиперстной кишке мыши может влиять на выживание Heligmosomoides polygyrus в хозяине, а нематода, в свою очередь, может активно модифицировать микробиоту, чтобы способствовать собственному выживанию (Reynolds et al., 2014). Эти данные согласуются с полученными ранее при исследовании другой паразитической нематоды свиней Trichuris muris, для которой установлена зависимость ее выживания от присутствия кишечной микробиоты. Это позволило авторам предположить существование более богатых и более интерактивных отношений между микробиотой и гельминтами в желудочно-кишечном тракте млекопитающих (Reynolds et al., 2014).

Контролируемые лабораторные эксперименты на животных продемонстрировали, что заражение гельминтами приводит к существенным изменениям в составе кишечной микробиоты. Хроническая инфекция Heligmosomoides polygyrus в двенадцатиперстной кишке мышей вызывает увеличение численности видов Lactobacillaceae и Enterobacteriaceae в тонкой кишке (Walk et al., 2010; Rausch et al., 2013; Reynolds et al., 2014). Сходным образом, хроническая инфекция мышей нематодами Trichuris muris, колонизирующими слепую кишку, приводит к уменьшению разнообразия бактерий в пределах Bacteroidetes phyla в фекалиях хозяев, а также к увеличению численности представителей семейства Lactobacillaceae (Houlden et al., 2015). Эти данные подтверждают гипотезу о том, что паразиты изменяют численность и относительное распределение бактерий в желудочно-кишечном тракте.

Наряду с влиянием на состав и функцию комменсальных и симбиотических видов микробиоты, заражение гельминтами также может изменять реакцию хозяина на инфекцию патогенными видами бактерий. Например, коинфекция у мышей нематод H. polygyrus или Nippostrongylus brasiliensis с патогенными бактериями Salmonella enterica serovar typhimurium (S. typhimurium), приводит к увеличению смертности мышей, отеку кишечника, эритроэрозиям и увеличению утолщения стенки кишки по сравнению с моноинфекцией S. typhimurium у этих млекопитающих (Reynolds et al., 2015).

Аналогичные работы, связанные с исследованием цестод, единичны. Так, показано, что заражение крыс цестодой Hymenolepis diminuta приводит к изменениям в микробиоме слепой кишки хозяина. Большинство изменений происходит среди представителей Firmicutes: в присутствии гельминтов уменьшается число видов Bacilli и увеличивается число видов Clostridia, что может свидетельствовать о существовании механизмов, с помощью которых этот гельминт может оказывать терапевтическое действие (McKenney et al., 2015). В целом, присутствие гельминтов связано с высоким разнообразием микробиоты, что, по мнению некоторых авторов, может положительно влиять на здоровье хозяина (Ramanan et al., 2016; Giacomin et al., 2016). В системе диких грызунов вариации в составе и численности таксонов кишечных микроорганизмов, связанных с гельминтами, были специфичны для каждого вида гельминтов и наблюдались как выше, так и ниже положения гельминта в кишечнике. Наиболее выраженная ассоциация гельминтов и микробиоты была между присутствием ленточных червей в тонком кишечнике и увеличением количества Bacteroidetes в желудке (Kreisinger et al., 2015). Авторы считают, что гельминты могут изменять гомеостаз кишечника, а свободноживущие грызуны с разнообразным сообществом гельминтов могут быть полезной моделью для выяснения взаимодействий между гельминтами и микробиотой.

Таким образом, исследование влияния гельминтов на состав и разнообразие микробиоты хозяина заслуживает пристального внимания.

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ПАРАЗИТ–МИКРОБИОТА И ИММУНИТЕТ ХОЗЯИНА

Известно, что кишечная микробиота важна для развития зрелой иммунной системы позвоночных животных, а также для поддержания иммунологического гомеостаза в кишечном тракте (Zaiss, Harris, 2016). Хотя многие сотни видов бактерий колонизируют кишечник млекопитающих, баланс между этими видами варьирует в широких пределах между людьми в популяции.

Заражение гельминтами также может изменять метаболизм хозяина, что в свою очередь влияет на его иммунный ответ (Zaiss, Harris, 2016). Взаимодействия между кишечной микробиотой, иммунной системой и патогенами описывают кишечник как сложную экосистему, где все компоненты взаимодействуют между собой для поддержания гомеостаза (Berrilli et al., 2012). Микробиота кишечника оказывает большое влияние на развитие метаболического и иммунологического статуса хозяина – млекопитающего. И микроорганизмы, и гельминты должны противостоять иммунной системе хозяина. Например, экспериментальная инфекция нематодами Trichuris muris у мышей уменьшила в фекалиях количество таких метаболитов, как производные витамина D2/D3, жирные кислоты и связанные с ними метаболиты, глицерофосфолипиды, углеводы растительного происхождения и промежуточные продукты синтеза аминокислот (Houlden et al., 2015). У хомяков, инфицированных анкилостомами Necator americanus, также установлено значительное изменение уровней метаболитов в моче, что может быть связано с изменениями состава микробиоты кишечника (Reynolds et al., 2015). При заражении свиней нематодами Trichuris suis изменяется состав микробиоты толстой кишки, сопровождающийся метаболическим сдвигом, при этом инфекция приводит к снижению уровня кофакторов углеводного обмена и биосинтеза аминокислот (Li et al., 2012; Wu et al., 2012).

Считается, что кишечные гельминты и некоторые виды бактерий из состава микробиоты обладают сильными иммуномодулирующими свойствами. Так показано, что гельминты изменяют состав микробиоты кишечника и, наоборот, что присутствие и состав микробиоты влияет на колонизацию гельминтов у хозяев млекопитающих. Есть мнение, что понимание разнонаправленных комплексных взаимодействий между кишечными микроорганизмами, гельминтами и иммунной системой хозяина позволит применять более целостный подход при использовании про-, пре-, синбиотиков, антибиотиков и антигельминтиков, а также при разработке методов лечения аутоиммунных и аллергических состояний (Reynolds et al., 2015).

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ПАРАЗИТ–МИКРОБИОТА И ВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ КИШЕЧНИКА

Как отмечено выше, кишечные паразиты взаимодействуют с микробным сообществом, изменяя играющий решающую роль для здоровья организма баланс между хозяином и комменсальной микробиотой. Вследствие этого растет интерес к исследованию возможных взаимодействий между микробиотой, паразитами, иммунным ответом хозяина на заражение и воспалительными процессами в кишечнике (Berrilli et al., 2012).

На мышах и человеке продемонстрировано, что инфекции желудочно-кишечными гельминтами могут защищать от некоторых воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), вызывая иммунные реакции, которые изменяют баланс комменсальных и патогенных бактерий в кишечнике (Ramanan et al., 2016). Предложена схема взаимодействия гельминтов и бактерий при воспалительном заболевании кишечника (Giacomin et al., 2016). Согласно этой схеме, ВЗК связано с ограничением разнообразия бактерий и ухудшением барьерной функции эпителия, а также с нарушением формирования плотных межклеточных контактов и выработкой слизи. В результате такие бактерии, как Bacterioidales, могут прикрепляться к эпителиальной стенке или преодолевать эпителиальный барьер. Кишечные гельминты вызывают иммунную реакцию, защищающую эпителиальный барьер, включая выделение цитокинов 2-го типа и интерлейкина IL22, которые совместно усиливают выработку слизи бокаловидными клетками и экспрессию антимикробных пептидов, препятствуя прикреплению бактерий. Усиление барьерной функции способствует развитию разнообразных бактерий (например, Clostridiales), влияющих на выздоровление, что в сочетании с индукцией регуляторных T-клеток червями и их секреторными продуктами помогает остановить воспалительный процесс в кишечнике, таким образом облегчая тяжесть ВЗК (Ramanan et al., 2016; Giacomin et al., 2016).

В связи с выявленным влиянием паразитов на состав микробиоты кишечника было предложено исследовать возможность использования паразитов, компонентов паразита или их продуктов в качестве терапевтических средств при лечении воспалительных процессов в кишечнике (Chen et al., 2005) и оценить гельминтов как терапевтическое средство для лечения некоторых иммуноопосредованных расстройств, включая определенные виды воспалительных заболеваний кишечника (Summers et al., 2005). Авторы считают, что полученные результаты, обеспечат основу для понимания иммуномодулирующего действия гельминтов. В свою очередь, это позволит разработать более эффективные способы лечения иммуноопосредованных заболеваний и кишечные вакцины для профилактики и лечения вызванных микроорганизмами заболеваний в районах с многочисленными инфекциями (Weng et al., 2007).

На моделях животных показано, что гельминтозы улучшают состояние пациентов при некоторых воспалительных заболеваниях. Гельминты по мере созревания, миграции и питания внутри хозяина способны вызывать серьезные повреждения его тканей. В организме хозяина эти паразиты могут сохраняться в течение многих лет. В этом случае иммунный ответ хозяина должен быть хорошо адаптирован для удаления крупных многоклеточных патогенов, заживления ран и восстановления тканей и смягчения воспалительной патологии, связанной с хронической инфекцией. Выдвинуто предположение, в соответствии с которым для изгнания желудочно-кишечных паразитов запускается иммунный ответ, включающий повышенное производство слизи, изменения в ее составе и повышенный обмен эпителиальных клеток. Все это может положительно влиять на восстановление барьерной функции слизистой оболочки во время воспалительного заболевания кишечника и уменьшать воспаление, вызванное болезнетворными кишечными бактериями. Изучение защитных механизмов хозяина, активируемых во время кишечной гельминтной инфекции, может выявить новые пути для поддержания барьерной функции слизистых оболочек (Wolff et al., 2012).

В то же время существуют данные о том, что инфекция нематодами Heligmosomoides polygyrus обостряет колит, вызванный инфекцией грамотрицательными бактериями Citrobacter rodentium. Тяжесть заболевания у коинфицированных мышей коррелировала с высокой нагрузкой Citrobacter в кишечнике. Эти результаты демонстрируют, что инфекция гельминтами может нарушать защиту хозяина от одновременной кишечной бактериальной инфекции и способствовать индуцированному бактериями повреждению кишечника (Weng et al., 2007).

Исследования вспышек Giardia lamblia, паразитических жгутиковых простейших, показали, что 40–80% инфицированных пациентов испытывают длительные функциональные желудочно-кишечные расстройства после избавления от паразитов. Эти данные свидетельствуют о том, что иммунные реакции хозяина на собственную микробиоту из-за нарушения эпителиального барьера могут частично способствовать развитию постинфекционных расстройств кишечника. Понимание постинфекционных механизмов может помочь в разработке новых терапевтических подходов к лечению хронических заболеваний кишечника (Chen et al., 2013).

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ПАРАЗИТ–МИКРОБИОТА И АУТОИММУННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Как было упомянуто, хорошо известно, что кишечные гельминты обладают мощными иммуномодулирующими свойствами. В связи с этим проводятся исследования влияния гельминтных инвазий на некоторые аутоиммунные заболевания. Например, продемонстрировано на мышах, что гельминтоз изменяет состав бактериальной микробиоты и увеличивает концентрацию короткоцепочечных жирных кислот, которые облегчают течение аллергической астмы (Zaiss et al., 2015). Предложена возможная схема влияния инвазии нематодами, приводящая к ослаблению аллергического воспаления дыхательных путей (Reynolds et al., 2015). Исследуются механизмы воздействия гельминтов на такие разнообразные заболевания хозяина, как аллергия, рассеянный склероз, ревматоидный артрит, псориатический артрит и аутизм (Wu et al., 2012).

В ходе гельминтозных инфекций показано общее снижение провоспалительных цитокинов, связанных с хроническим воспалением. Кроме того, в географических регионах с более высокой распространенностью паразитарных инфекций реже встречаются аутоиммунные расстройства (Sewell et al., 2002). Высказывается мнение, что снижение гельминтных инвазий в развитых странах может быть причиной увеличения числа аутоиммунных и аллергических заболеваний в популяциях людей (Reddy, 2010). На основании нескольких исследований, проведенных в условиях развивающихся стран, были представлены доказательства роли кишечных нематод в профилактике аллергических реакций (Summers et al., 2005). Это явление известно как “гигиеническая гипотеза” (Berrilli et al., 2012). Есть данные об использовании живых гельминтов в клинических испытаниях в попытках облегчить аллергические и аутоиммунные расстройства (Khan, Fallon, 2013). Хотя во многих исследованиях были зафиксированы положительные клинические результаты, терапия с использованием нематод Trichuris suis, тем не менее, вызывает критику из-за опасности инвазии червей для физиологии человека (Van Kruiningen, West, 2005), а также потенциальных побочных эффектов со стороны желудочно-кишечного тракта (Bager et al., 2011). Такие исследования имеют как сторонников, так и противников. В качестве аргументов “за” отмечаются сильные иммуногенные свойства живого паразита, небольшие материальные затраты на него, хорошие результаты этой терапии. В то же время аргументов “против” значительно больше. К ним относится, в первую очередь, этический аспект применения живых червей. Кроме того, на пациента оказывает действие полный спектр экскреторно-секреторных продуктов гельминтов, в процессе терапии гельминтами повреждается слизистая оболочка кишечника, после удаления паразитов отмечается повторное появление симптомов, отмечается сложность в правильном использовании плацебо-контролей и провоспалительная активность живых червей (Maruszewska–Cheruiyot et al., 2018).

АНТИМИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ КИШЕЧНЫХ ГЕЛЬМИНТОВ

Одна из причин влияния кишечных гельминтов на микробиоту хозяина – секреция этими паразитами антимикробных пептидов (Ashour, Othman, 2020). Антимикробные пептиды – это природные антибиотики, вырабатываемые всеми живыми организмами. У многоклеточных животных они действуют как факторы защиты хозяина, устраняя бактериальные патогены (Bruno et al., 2019). Например, у нематод было выявлено четыре группы антимикробных пептидов. В основном эти исследования ограничиваются видами Caenorhabditis elegans и Ascaris suum. Несмотря на отсутствие полной информации о геноме для большинства видов нематод, ясно, что ни одна из антимикробных пептидных групп не экспрессируется универсально всеми нематодами. И наоборот ни один вид не продуцирует все типы антимикробных пептидов (Tarr, 2012).

С целью исследования взаимоотношений паразитических нематод и микробиоты позвоночного хозяина изучали экскреторно-секреторные продукты и биологическую жидкость A. suum, чтобы определить антимикробную активность этих образцов (Midha et al., 2018). Экскреторно-секреторные продукты от различных стадий A. suum и биологическую жидкость от взрослых самцов анализировали с помощью масс-спектрометрии. В этих образцах были обнаружены антибактериальные факторы A. suum и антимикробные пептиды, лизоцим, а также c-белки, содержащие домен типа лектина. Секреторные продукты нематод от кишечных личинок L4-стадии и взрослых червей проявляли антибактериальную активность широкого спектра действия. Кроме того, экскреторно-секреторные продукты взрослых A. suum вмешивались в процесс образования биопленки Escherichia coli и вызывали бактериальную агглютинацию. По мнению авторов, эти результаты показывают, что A. suum продуцируют множество факторов, обладающих антибактериальной активностью широкого спектра действия, для взаимодействия с микробиологической средой в кишечнике (Midha et al., 2018). На формирование микробиоты кишечника влияет как иммунитет хозяина, так и метаболиты гельминтов, хотя последние остаются мало изученными. Учитывая, что нематоды изменяют состав микробиоты кишечника хозяина без видимого ущерба для него, некоторые авторы считают, что изучение развития паразитических нематод и их влияния на окружающую микробиоту может дать представление о том, как последнюю можно изменять в терапевтических целях (Midha et al., 2018). Установлено, что A. suum на обитающих в кишечнике стадиях жизненного цикла, с помощью различных антимикробных стратегий влияет на состав микробиоты хозяина. При этом антимикробный потенциал экскреторно-секреторных продуктов нематод различается в зависимости от стадии жизненного цикла паразита и состава среды обитания. Влияние гельминтов будет более выраженным при сильной инвазии, так как локальная концентрация противомикробных веществ, вероятно, будет выше. Эти факторы позволяют нематодам выделять нишу для выживания в микробной среде и при этом частично отвечать за изменения в микробиоме кишечника во время паразитарной инфекции (Midha et al., 2018).

Обнаружено, что экскреторно – секреторные продукты нематоды Heligmosomoides polygyrus проявляют антимикробную активность в отношении различных бактерий (Reynolds et al., 2014, Rausch et al., 2018). Высказано предположение, что нематоды изменяют микробное окружение и выработали факторы, ограничивающие рост определенных микроорганизмов. Продемонстрировано, что H. polygyrus может активно формировать состав микробиоты хозяина, высвобождая противомикробные вещества, и нарушать приспособленность нематод в отсутствие бактерий хозяина (Rausch et al., 2018). Другими исследователями установлено, что видовое обилие Lactobacillus в двенадцатиперстной кишке положительно коррелирует с восприимчивостью к H. polygyrus (Reynolds et al., 2014). Авторы сформулировали две основные гипотезы для объяснения изменений в составе микробиоты после заражения H. polygyrus. По их мнению, во-первых, H. polygyrus может активно модифицировать микробиоту с помощью секреторных антимикробных продуктов, например, лизоцима. А во-вторых, воспалительная реакция, вызванная гельминтной инвазией, или и то, и другое, или разрушение эпителиального барьера паразитами, могут изменить кишечную нишу в пользу определенных комменсальных микроорганизмов (Reynolds et al., 2014).

ХОЗЯИН, ПАРАЗИТ И КИШЕЧНАЯ МИКРОБИОТА У РЫБ

В отличие от млекопитающих очень ограниченное количество работ посвящено исследованию взаимоотношений между хозяином, паразитом и кишечной микробиотой у рыб. В тоже время с точки зрения взаимоотношений хозяин–паразит–кишечная микробиота рыбы – весьма интересный объект. Кишечник – один из основных путей заражения рыб, потому что они всегда находятся в тесном контакте с окружающей средой, водой и постоянно подвергаются воздействию бактерий, включая патогены. Известно, что микробиота кишечника рыб играет важную роль в стимулировании развития желудочно-кишечного тракта хозяина, содействует пищеварительной функции, поддерживает толерантность слизистой оболочки, стимулирует иммунный ответ хозяина и обеспечивает определенный уровень защиты от инфекций (Ghosh et al., 2020). Поэтому небольшое количество работ, связанных с исследованием взаимоотношений хозяин–паразит–кишечная микробиота у рыб, заслуживает отдельного внимания.

С помощью методов сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии изучена симбионтная микрофлора, ассоциированная с поверхностью цестод Eubothrium rugosum, паразитирующих в кишечнике налима (Поддубная, 2005), Caryophyllaeus laticeps из кишечника леща и Khawia armeniaca из кишечника храмули (Varicorinus capoeta sevangi) (Poddubnaya, Izvekova, 2005), нескольких видов цестод рода Proteocephalus, паразитирующих в различных видах рыб-хозяев (Корнева, Плотников, 2006а) и цестод Triaenophorus nodulosus из кишечника щуки (Корнева, Плотников, 2006б). В этих работах получены убедительные доказательства прочной ассоциации бактерий с пищеварительно-транспортными поверхностями цестод. Локализация между микротрихиями и тесное прилегание к ним бактерий с тонкой клеточной стенкой может свидетельствовать об их участии в пищеварительно-абсорбционных процессах, протекающих на поверхности тегумента (Поддубная, 2005). Отсутствие очевидных повреждений тегумента клетками микроорганизмов, позволяет считать обнаруженные бактерии симбионтами. На основании полученных данных авторы констатируют наличие у цестод нормальной симбионтной микробиоты, обитающей на поверхности тегумента и обладающей специфическими морфологическими чертами (Корнева, Плотников, 2006а, 2006б). Особенности взаимодействия симбионтной микробиоты и цестод свидетельствуют о взаимной адаптации бактерий и паразитов. Это проявляется, в частности, в наличии специализированных клеточных контактов и отсутствии ультраструктурных признаков патогенного воздействия бактерий на тегумент цестод. Другим подтверждением симбиотических взаимоотношений цестод и микробиоты служит специфичность морфологического состава бактерий у цестод разной видовой принадлежности (Корнева, Плотников, 2006а). Анализ разнообразия бактерий в желудочно-кишечном тракте окуня и на поверхности паразитирующих в нем цестод Proteocephalus sp. показал значительное сходство в его составе у хозяина и паразита (Kashinskaya et al., 2020). С целью понимания взаимоотношений в системе хозяин–паразит–микробиота авторы рекомендуют учитывать наличие эндопаразитов и их бактериальную нагрузку при исследовании микробиома рыб. Изучение состава и разнообразия микробиоты кишечника карпа, инфицированного двумя видами ленточных червей Khawia japonensis и Atractolytocestus tenuicollis позволило установить, что заражение двумя видами цестод существенно не повлияло на микробное разнообразие и богатство, но изменило микробный состав на уровне рода. Большее влияние на состав кишечной микробиоты оказала K. japonensis (Fu et al., 2019).

Кроме того установлено, что со слизистой кишечника рыб и тегументом цестод бактерии ассоциируются с различной степенью прочности. Определена общая численность и биомасса этих бактерий (Извекова, Лаптева, 2002). Показано, что с пищеварительно-транспортными поверхностями кишечников рыб (щука, налим, лещ) и тегументом обитающих в них цестод (T. nodulosus, E. rugosum, C. laticeps соответственно) ассоциированы бактерии, способные выделять ферменты, гидролизующие основные пищевые субстраты – белки и углеводы (Извекова, 2005, 2006). Микроорганизмы вносят существенный вклад в деградацию этих веществ ферментами кишечника. Высказано предположение о том, что кишечник рыбы и тегумент ее паразита заселены одинаковыми группами бактерий и о возможности использования паразитом гидролаз микробиоты, позволяющих ему успешно конкурировать с хозяином за источники питания (Извекова, 2008).

* * *

Для понимания эволюционной основы ассоциаций гельминтов и микробиоты крайне важно исследовать природные системы, в которых сообщества микроорганизмов и гельминтов не повреждены. По мнению некоторых авторов, работа должна быть сосредоточена на исследовании некоторых механизмов, играющих роль в трехстороннем взаимодействии между микробиотой, хозяином и гельминтами (Kreisinger et al., 2015).

Обитающие в кишечнике хозяина микроорганизмы при определенных условиях становятся патогенными и могут служить источником возбудителей различных болезней (Llewellyn et al., 2017). Установление такой динамики сообщества в развитии заболеваний или предрасположенности к трансмиссивным болезням является важной целью будущих исследований. Поддержание стабильности в микробных сообществах с помощью пре- или про-синобиотиков может обеспечить эффективные средства для смягчения паразитарных заболеваний. Авторы подчеркивают важность целостного подхода, который включает наблюдения за изменениями физиологических показателей хозяина, паразита и микробиома, чтобы оценить их относительную роль в изменении исхода заболевания. Взаимодействия между паразитом, хозяином и микробиотой, ассоциированной с хозяином, все чаще рассматриваются как определяющие при прогрессировании заболевания и заболеваемости (Llewellyn et al., 2017).

С точки зрения некоторых авторов понимание взаимодействия между микробиотой и кишечными паразитами интересно в плане разработки альтернативных методов лечения, не основанных на химиотерапии и не приводящих к развитию устойчивости к лекарственным средствам (Ras et al., 2015). Кроме того показано, что аутохтонная микробиота влияет на колонизацию бактериальными, вирусными и грибковыми патогенами. Определение механизмов этих взаимодействий, вероятно, может выявить новые терапевтические способы в борьбе с инфекционными заболеваниями. Вместе с тем, учитывая текущие клинические испытания с использованием гельминтов и продуктов гельминтов, а также способность модулировать функцию микробиоты с использованием про-, пре- и синбиотиков, важно определить вклад микробиоты во взаимодействие с гельминтами, чтобы обеспечить синергетические пути, которые будут направлены на лечение иммунной дисрегуляции (Reynolds et al., 2015).

Можно предположить, что целостное понимание сложных трехсторонних взаимодействий между хозяином, его микрофлорой и паразитами приведет к улучшению здоровья животных и человека.

Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания (тема 121051100100-8).