Успехи современной биологии, 2019, T. 139, № 5, стр. 457-465

ВВЕДЕНИЕ

Облигатные паразитические бактерии (риккетсии, хламидии) стабильно занимают свои экологические ниши в организме животных или человека, не выходя за их пределы для размножения и сохранения вида в почвенных, наземных, водных экосистемах. Гибель хозяина фатальна для населяющей его бактериальной микропопуляции.

Кардинально отличаются от них многочисленные систематизированные в различные семейства виды, обладающие общей стратегией выживания в окружающей среде – природной либо трансформированной человеком. Теоретическое обоснование принципов выделения таких микроорганизмов в отдельный экологический класс природноочаговых сапронозов принадлежит В.Ю. Литвину (Литвин, 1985; Литвин и др., 1998, 2010; Литвин, Пушкарева, 2004).

Сапронозы (Терских, 1958) условно разделяют на почвенные, водные и зоофильные (сапрозоо-нозы), что лишь подчеркивает их выраженную эпидемиологическую специфику, характеризующуюся разными источниками и путями заражения человека. Почвы являются природными резервуарами для возбудителей висцеральных микозов (гистоплазмоз, бластомикоз, актиномикоз и др.), клостридиозов (столбняк, газовая гангрена, ботулизм), сибирской язвы, псевдотуберкулеза, листериоза, некоторых микобактериозов, условно-патогенных бактерий семейства Enterobacteriaceae (роды Pseudomonas, Klebsiella, Acinetobacter и др.). Типичные водные сапронозы – легионеллез, холера и другие вибриозы, мелиоидоз, аэромонозы. Впрочем, положение некоторых инфекций не вполне определено: так, псевдотуберкулез, кишечный иерсиниоз, листериоз иногда относят к сапрозоонозам, как и чуму (Сомов, Бузолева, 2004). Совершенно очевидно, что возбудители сапронозов – полноправные компоненты естественных экосистем – в полной мере отвечают критерию природноочаговых инфекций (Литвин и др., 2010). Вместе с тем, они обладают существенными особенностями, из которых основными мы считаем:

– первичная и основная среда обитания возбудителей – почвы и водоемы, откуда они могут проникать в наземные экосистемы;

– полигостальность возбудителей сапронозов – беспрецедентно широкий круг потенциальных хозяев в почвенных, водных, наземных экосистемах;

– полипатогенность – для простейших, многих беспозвоночных, позвоночных животных, человека и даже растений (Pushkareva, Ermolaeva, 2010; Pushkareva et al., 2010, 2017);

– широкие адаптивные возможности микроорганизмов при смене среды обитания.

РЕЗЕРВУАРНЫЕ ХОЗЯЕВА ВОЗБУДИТЕЛЕЙ САПРОНОЗОВ

В последние десятилетия под давлением неопровержимых доказательств, полученных как в полевых, так и в экспериментальных условиях, многие инфекционные болезни, традиционно причислявшиеся к антропонозным, передающимся исключительно от человека к человеку, рассматриваются в новой парадигме – связи с окружающей средой. Самым ярким примером является холера, известная человечеству около 3 тыс. лет, опустошительные эпидемии которой однозначно связывали с климатом, с зависимостью от социально-экономических и природных условий, с миграцией, с другими факторами, но только не с тесными симбиотическими связями возбудителя с сочленами биоценоза. Экологическая обусловленность эпидемиологии холеры находит все больше подтверждений при натурных исследованиях: холерные вибрионы – автохтонные представители водных экосистем, а не следствие заноса больными людьми и инфицирования водоемов сточными водами. Они могут быть симбионтами гидробионтов разных трофических уровней: фитопланктона, водорослей, а также простейших, копеподов, моллюсков, червей, рыб и др., что обеспечивает им возможность миграции по трофическим цепям в биоценозах (Литвин и др., 1998, 2010; Пушкарева и др., 2010; Colwell, Hug, 1994; Colwell, 2004; Lutz et al., 2013; Alam et al., 2014; Islam et al., 2017). Образно говоря, глобальным “накопителем”, резервуаром вибрионов является Мировой океан, где они активно циркулируют либо сохраняются в некультивируемой форме в межэпидемический период. Эпидемиология не может “оставаться глухой к экологии вибрионов в водоемах, особенно к их связям с флорой и фауной” (Colwell, 2004, p. 287).

Последние достижения молекулярной биотехнологии показали, что эти бактерии могут быть обнаружены за пределами эндемичных регионов (в средних широтах – в отсутствие заноса), где ранее никогда не выделялись. Экологическая стойкость возбудителя холеры в водной среде обеспечивается многими путями: адаптивной регуляцией генов (активация системы секреции 6 типа – T6SS), переходом в покоящуюся форму, формированием биопленок на биотических и абиотических поверхностях, конкурентоспособностью при взаимодействии с множеством других организмов в биоценозе. Холерный вибрион может выживать при воздействии таких стрессоров, как голод, температура и колебания солености, а также проявляет устойчивость к фагоцитозу, регулируемую геном ToxR, при постоянном хищничестве гетеротрофных простейших (Erken et al., 2013; Alam et al., 2014).

Установлено, что протозойно-бактериальные ассоциации являются эпидемически значимым резервуаром вибрионов, численность которых значительно выше, чем вне клетки-хозяина.

Подобная закономерность наблюдается и при изучении легионелл (Valeru et al., 2012), иерсиний, в том числе, чумного микроба. Патогены сохраняются не только в трофозоитах, но и в цистах простейших, которые надежно защищают их от стрессовых условий внешней среды (Пушкарева и др., 2010).

Антропогенное воздействие на окружающую среду, приводящее к эвтрофикации водоемов, потребовало более пристального изучения альго-бактериальных ассоциаций, сочленами которых являются и другие возбудители. Это детально изучено на модели холерного вибриона. Фитопланктон, макроводоросли и высшие растения (водный гиацинт), продуцирующие мегатонны биомассы, служат триггерами не только холеры, но и множества диарейных болезней (Colwell, 2004; Islam at al., 2007, 2017). Маннитол-специфичные энзимы, являющиеся продуктами фотосинтеза микро- и макроводорослей, секретируются в высокой концентрации, стремительно транспортируются в вибрионы, а также другие патогенные микроорганизмы, которые используют их как источник углерода, выполняют функцию осмопротекторов при резких перепадах солености воды и играют большую роль в формировании биопленок, прикрепляясь даже к единичным клеткам микроводорослей (Lutz et al., 2013; Ymele-Leki et al., 2013).

Из широкого спектра патогенных бактерий, способных к существованию в окружающей среде без присутствия теплокровных хозяев, выделяется Legionella pneumophila, открытая в 1977 г. после смертельной вспышки пневмонии в Калифорнии. Типичный водный сапроноз, экология которого изучена так же детально, как и экология холеры, сразу однозначно связывался с биотой водоемов. Натурные и лабораторные эксперименты доказали, что взаимоотношения между бактериями и зелеными или синезелеными (цианобактериями) водорослями носят симбиотический характер: темпы роста легионелл линейно зависимы от фотосинтетической активности водорослей и от увеличения численности простейших (амеб и инфузорий), которые признаны основными резервуарными хозяевами; максимальной концентрации возбудитель достигал при цветении воды (Erken et al., 2013; Lutz et al., 2013) .

Наши исследования альго-бактериальных ассоциаций, включающих мало изученных возбудителей: иерсиний, листерий, сальмонелл – в модельных условиях, приближенных к естественным (почвенная вытяжка, прудовая вода), показали, что популяции длительно (до трех месяцев) поддерживались в вегетативном состоянии в присутствии “живых” клеток Scenedesmus quadricauda и Anabena spp., а продукты их метаболизма, напротив, угнетали патогенов (Солохина и др., 2001).

Листерии из вегетативной формы переходили в некультивируемое состояние значительно быстрее (после 21 сут), причем при низкой температуре от 5 до 10°С, что согласуется с многими работами (Colwell, 2004; Islam, 2017) по экологии холерных вибрионов. Опыты на животных подтвердили сохранение потенциала вирулентности у “спящих микробов” при их переходе в некультивируемую форму, что проявлялось в манифестации инфекции, благодаря реверсии бактериальных клеток при пассажах через организм теплокровных моделей – морских свинок, мышей (Солохина и др., 2001).

Таким образом, истоки проблемы сапронозов находятся в природных экосистемах; взаимодействия возбудителей с самыми массовыми представителями фито- и зоопланктона выявили общие закономерности существования бактериальных популяций в сообществе с зелеными и сине-зелеными водорослями, а также с протистофауной (Литвин и др., 1998; Солохина и др., 2001; Диденко и др., 2002; Пушкарева и др., 2010). На примерах холеры и легионеллеза выявлено, что эпидемические проявления водных сапронозов наиболее значимы при формировании вторичных очагов инфекций, неразрывно связанных с трансформирующей деятельностью человека.

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ – ФАКТОР ПЕРЕДАЧИ ПИЩЕВЫХ ИНФЕКЦИЙ

Высшие растения как альтернативные хозяева иерсиний, сальмонелл, клебсиелл, листерий, энтеропатогенных кишечных палочек, кампилобактера и др. привлекли внимание, прежде всего, отечественных эпидемиологов в связи с регулярными вспышками пищевых инфекций, связанных с употреблением листовых агрокультур либо салатов из капусты, моркови, мангольда и пр. (Сомов, Литвин, 1988; Литвин и др., 1998). Возникло новое междисциплинарное направление изучения воздействия микроорганизмов, не являющихся фитопатогенными, на модельные растения как при контаминации пророщенных семян, листьев, стеблей, так и непосредственно из ризосферы (Литвин и др., 1998, 2010; Тимченко и др., 2000; Dong et al., 2003; Prithiviral et al., 2005; Персиянова, 2008; Пушкарева и др., 2012, 2013, 2015; Heaton, Jones, 2008; Tyler, Triplett, 2008; Brandl, Amundson, 2008; Berger et al., 2010; Dinu, Bach, 2011; Abreu et al., 2012; Barak, Schroeder, 2012; Schikora et al., 2012; Hemandez-Reyes, Schikora, 2013; Martinez, 2013).

Наиболее важными в эпидемиологическом аспекте оказались иерсинии, вызывающие псевдотуберкулез, кишечный иерсиниоз, которые актуальны для разных географических зон России, стран Западной Европы, Америки, причем главным фактором передачи возбудителя часто являются овощные культуры. Опыты (с генетически маркированными штаммами) по интродукции Y. pseudotuberculosis и Y. enterocolitica в почву выявили проникновение бактерий из ризосферы через корневые волоски в проростки капусты, салата, бобовых. Далее иерсинии колонизировали растения и накапливались в стеблях и листьях до высокой концентрации, способной заразить зеленоядных грызунов (полевок), отловленных в природных очагах. Впервые показана принципиальная возможность передачи возбудителя алиментарным путем, а также установлена циркуляция иерсиний по трофической цепи почва–растение–животное в естественной среде обитания грызунов (Литвин и др., 1998).

Расшифрованы многочисленные и постоянные вспышки псевдотуберкулеза (дальневосточной скарлатиноподобной лихорадки) на Дальнем Востоке, которые в 97.5% случаев возникали после приема овощей, не подвергавшихся термической обработке (Сомов, 1979; Сомов и др., 2001). Эндемичность псевдотуберкулеза обусловлена уникальными экологическими особенностями дальневосточного региона: совокупностью климатических, абиотических и биотических факторов, которые сформировали самый большой ареал природноочаговых сапронозов, где помимо иерсиний циркулируют многие возбудители – листерии, псевдомонады, и где условно-патогенные представители семейства Enterobacteriaceae находят оптимальные условия для существования (Сомов, Литвин, 1988; Персиянова, 2008).

Особого внимания заслуживают исследования по изучению взаимоотношений возбудителя псевдотуберкулеза с растениями на популяционном, клеточном и ультраструктурном уровнях, которые дали полную картину этих взаимодействий (Тимченко и др., 2000; Персиянова, 2008).

При этом инфицирование каллусов (клеточных культур) капусты с проникновением бактерий внутрь выявило быстрое накопление Y. pseudotuberculosis в тканях; численность Y. pseudotuberculosis возрастала в течение трех суток в 100 000 раз и сохранялась до 60 сут. Кроме того, с помощью трансмиссионной электронной микроскопии впервые зарегистрировано фитопатогенное воздействие иерсиний, не относящихся к возбудителям болезней растений, на растительные клетки-мишени. В модельных опытах авторы доказали способность иерсиний, сохраняющих вирулентный потенциал, реализовывать механизмы установления паразито-хозяинных отношений, характерных для фитопатогенных микроорганизмов.

Другие возбудители пищевых инфекций: Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella enterica, Campylobacter и др. – регулярно выделяются в природных и урбанизированных экосистемах (почвах, водоемах, бассейнах, субстратах агрокомплексов, прудах орошения, предприятиях пищевой индустрии и пр.), что свидетельствует об их способности к автономному существованию во внешней среде с сохранением потенциала вирулентности для человека.

Особое место в этом ряду занимают листерии, до недавнего времени причислявшиеся исключительно к возбудителям зоонозных инфекций. Листериоз, относящийся, по определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), к особо важным пищевым инфекциям (WHO, 2013), характеризуется высокой летальностью, до 43%, а у пожилых пациентов – до 90%, обусловлен проникновением в желудочно-кишечный тракт грамположительных бактерий L. monocytogenes, встречающихся на всех континентах.

Эта инфекция, занимающая третье место по распространенности в США после ботулизма и вибриоза (Vibrio vulnificus), является фатальной по своим последствиям. Например, в 2011 г. в штате Колорадо при вспышке, связанной с употреблением дынь, заболели 147 человек, при этом умерли 33 заболевших, несмотря на лечение антибиотиками.

В Швеции при некоторых вспышках погибало 90% пожилых людей, что свидетельствует о неэффективности стандартных антибиотиков (Europe PMC…, 2014).

Глобальный (по 67 странам) эпидемиологический метаанализ заболеваний с количественной оценкой перинатального и неперинатального листериоза, проведенный впервые специальной группой под эгидой ВОЗ, однозначно связал их с трудностью контроля биологической безопасности в пищевой индустрии и с выявлением листерий в антропогенно-преобразованной среде. Несмотря на беспрецедентные статистические материалы, вопросы о причинах, механизмах укоренения и путях распространения возбудителей в современных техногенных очагах авторами отчета даже не формулируются (Europe PMC…, 2014). Россия остается белым пятном на эпидемиологической карте мира – статистика по листериозу и энтерогеморрагическому эшерихиозу (другой смертельной токсикоинфекции) в материалах ВОЗ отсутствует. И только отдельные научные группы (Москва, Владивосток) занимаются фундаментальными основами этой проблемы.

Показано, что L. monocytogenes EGD при контаминации вегетирующих растений петрушки, листовых салатов, капусты демонстрируют высокую кинетику роста при посевах зеленой массы в течение 7 сут. Углубленные исследования каллусов на клеточном и ультраструктурном уровнях через 2 сут выявили цитопатогенное воздействие вирулентных листерий на растительные клетки с разрушением клеточных стенок, локализацией бактерий в вакуолях и последующим некрозом. Гистологические срезы тканей показали глубокое проникновение листерий (до 32 мкм) и их значительные скопления. Потенциал вирулентности возбудителя сохранялся на протяжении опыта. Вегетирующие растения по внешним признакам значительно отличались от интактных (пожелтение, некроз листьев и пр.). В контрольных опытах с аттенуированным штаммом L. monocytogenes EGD ∆hly и со свободноживущими (сапрофитическими) L. innocua, несмотря на колонизацию растений бактериями, фитопатогенного воздействия не обнаружено, что подтверждается цитологическими и гистологическими исследованиями (Пушкарева и др., 2013).

Наш выбор для изучения в качестве приоритетных фитобактериальных моделей L. monocytogenes и энтерогеморрагических E. coli, принадлежащих к разным таксономическим группам, обусловлен тем, что они конвергентно связаны общей экологической чертой – возможностью автономно существовать во внешней среде (Пушкарева и др., 2010, 2012, 2013).

По данным ВОЗ, ежегодно в мире регистрируется около трети миллиарда диарейных заболеваний (WHO, 2013, 2015); лабораторно-подтвержденные вспышки опасного энтерогеморрагического эшерихиоза, постоянно встречающиеся в Европе, к 2015 г. уже достигли 45% среди токсин-продуцирующих возбудителей. В Северной Америке наблюдаются спорадические случаи на 100 000 населения, в Аргентине – до 22 случаев на 100 000, причем инфекции всегда связывают с животными, однозначно причисляя их к зоонозам, но не с пищевыми растениями (Europe PMC…, 2014; Boqvist et al., 2018).

Эпидемия эшерихиоза в Японии (более 10 000 человек), вызванная Escherichia coli серовара О157:Н7, возникла в результате употребления школьных завтраков с проростками редиса, привела к серьезным осложнениям у детей и инициировала работы по изучению взаимодействий растений с бактериями, патогенными для человека и животных (Watanabe et al., 1999).

За последнее десятилетие в мире зарегистрировано более 40 серьезных вспышек эшерихиоза, причиной которых были овощи и салаты, не подвергающиеся тепловой обработке. В 2011 г. Европу охватила “зеленая эпидемия” (около 4000 человек), вызванная энтерогеморрагической Escherichia coli серовара O104:H4. Возбудитель отличался полирезистентностью к нескольким классам антибиотиков, что затрудняло лечение больных, в результате чего засвидетельствован летальный исход у 52 человек, причем в число инфицированных входили здоровые в остальном люди работоспособного возраста. Все пациенты употребляли овощи: лук-порей, огурцы, сою и листовые агрокультуры. Вспышка носила резонансный характер, однако осталась эпидемиологически нерасшифрованной, с невыясненным резервуаром и источником возбудителя (Brandl, Amundson, 2008; Europe PMC…, 2014; WHO, 2015; Boqvist et al., 2018).

Как указано выше, многочисленные эпидемические вспышки, вызванные E. coli, в разных странах инициировали работы по изучению взаимодействий токсин-продуцирующих эшерихий с агрокультурами. В модельных опытах выявлено, что E. coli интенсивно колонизируют филлосферу салата при поверхностной контаминации, длительно сохраняются как в вегетирующих растениях, так и на срезанных листьях (Пушкарева и др., 2015; Dong et al., 2003; Brandl, Amundson, 2008; Heaton, Jones, 2008; Dinu, Bach, 2011).

В сравнительных экспериментах с грамотрицательными энтерогеморрагическими E. coli, продуцирующими шигаподобный токсин, и с культурами листового салата, капусты, базилика, которые входят в состав фастфуда, методами трансмиссионной и сканирующей микроскопии зафиксирована активная колонизация тканей эшерихиями, заполнившими не только поверхностные структуры, но и межклеточные каналы (Пушкарева и др., 2012, 2015).

Популяционная динамика патогенных E. coli, инокулированных в ризосферу базилика (оптимальной модели), выявила быстрое (2 сут) накопление эшерихий в вегетативных органах до опасных концентраций (10⁵ КОЕ/г). Наблюдалось формирование биопленки на поверхности растительных тканей, при этом биопленочный матрикс был визуально выражен, на его фоне заметны делящиеся бактерии, что свидетельствует об их максимальной численности в образцах. В параллельных опытах доказана роль почвы и технологической воды в сохранении эпидемически опасных эшерихий в объектах окружающей среды.

Полимеразная цепная реакция амплифицированной ДНК подтвердила длительное сохранение веротоксина (обнаружены четыре фрагмента следующих размеров: 1250 п.н. (ген 16S rRNA), 480 п.н. (ген stx2), 407 п.н. (ген rfb-O104), 300 п.н. (ген flicH4)), что является чрезвычайно опасным при энтерогеморрагических эшерихиозах (Пушкарева и др., 2012, 2015; Boqvist et al., 2018).

Фундаментальные исследования симбиотических связей сельскохозяйственных растений с патогенными бактериями фрагментарны и малочисленны, в основном они констатируют, что многие энтеропатогены используют растения в качестве альтернативных хозяев наряду с человеком и животными (Пушкарева и др., 2012). Удалось расшифровать молекулярно-генетические механизмы взаимодействия патогенных бактерий с растительным организмом-хозяином, претендующие на универсальность характера некоторых молекулярных основ патогенности грамотрицательных бактерий, прежде всего, за счет схожести структуры системы секреции III типа (ССТТ) у фитопатогенных бактерий и возбудителей заболеваний человека и млекопитающих, которые позволяют реализовать их потенциал патогенности. ССТТ называют молекулярным шприцем, так как эта система секреции состоит из полой иглы (пиля), которая закреплена на так называемом базальном теле, пронзающем цитоплазматическую и наружную мембраны бактериальной клетки, и транслокаторного комплекса, который находится на другом конце иглы и встраивается в цитоплазматическую мембрану клетки-мишени. Основное отличие в структуре ССТТ патогенов растений и животных заключается в длине иглы – пиля: если для взаимодействия с клетками млекопитающих достаточно длины 40–80 нм, то для преодоления клеточной стенки растительной клетки необходима игла порядка 1 мкм. Эффекторные и структурные белки ССТТ дают очевидный пример сходства молекулярных основ патогенности у возбудителей болезней человека, животных и растений (Buttner, Bonas, 2003; Buttner, He, 2009).

Важно отметить, что у грамположительных листерий основной фактор патогенности – листериолизин О – также претендует на универсальность. В экспериментальных условиях при взаимодействии патогенных листерий с различными эукариотическими организмами – высшими и низшими (амебами, инфузориями), а также с растениями, наблюдаются необратимые морфологические изменения на клеточном уровне (Пушкарева и др., 2012, 2013, 2015; Pushkareva, Ermolaeva, 2010; Pushkareva et al., 2010).

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ДИКОРАСТУЩИХ РАСТЕНИЙ С ПАТОГЕНАМИ ЧЕЛОВЕКА

Остаются неизвестными взаимодействия возбудителей инфекций с растениями природных экосистем. Развитие этого направления требует нестандартных подходов к конструированию моделей трансформированных агрокультур путем использования генов антимикробных пептидов (АМП) растений, устойчивых к патогенам человека и животных (Пушкарева, Ермолаева, 2018).

В последние годы по рекомендации ВОЗ (WHO, 2014) во многих странах развернуты интенсивные исследования, связанные с прикладными аспектами воздействия субстанций дикорастущих растений медицинского значения на различные микроорганизмы, поскольку абсолютное доминирование антибиотиков при лечении пищевых и других инфекций порождает глобальную проблему – полиантибиотикорезистентность возбудителей: более 700 000 больных погибает ежегодно от неэффективности стандартной антибактериальной терапии (Pushkareva at al., 2017).

Многократно констатировано, что сальмонеллы, в частности, устойчивы к фторхинолонам, хлорамфениколу, триметоприму, ампициллину и др. (EFSA, 2013). Обследованные дети с длительной диареей, обусловленной различными возбудителями кишечных инфекций, не были восприимчивы к этиотропному лечению, а культуры выделенных бактерий (сальмонеллы, эшерихии, холерные вибрионы и др.) обладали полирезистентностью к современным антибиотикам (Savoia, 2012; Rath, Radhy, 2015).

Существует единичная работа по изучению резистентности L. monocytogenes к 19 антибиотикам, широко применяемым в ветеринарии и медицине. На когорте из 120 штаммов, изолированных как из продуктов, так и из окружающей среды на протяжении всей технологической цепи на пищевых предприятиях, выявлено, что от 2.5 до 11.4% культур были устойчивы к традиционным антимикробным препаратам (Conter et al., 2015).

По отчетам ВОЗ, клинические изоляты или культуры, выделенные из объектов (субстратов) внешней среды, по чувствительности к антибиотикам в тестах, выполненных in vitro, имеют значительные отличия от коллекционных штаммов (WHO, 2014). Альтернативным путем преодоления резистентности является поиск и изучение антимикробных субстанций растительного происхождения, способных ингибировать популяции патогенных бактерий.

Обзор современной литературы свидетельствует о масштабных исследованиях дикорастущих растений – эндемиков, произрастающих в странах с жарким климатом (Африка, Азия, Латинская Америка) и в Европе, как ингибиторов патогенных микроорганизмов различных семейств, а также источников для получения антиоксидантных и других биологически активных веществ (Kim et al., 2011; Witkowska et al., 2013; Soni, Soni, 2014; Mardafkan et al., 2015; Perestrelo et al., 2016).

Высокой антибактериальной активностью в отношении широкого спектра патогенных бактерий (стафилококков, сальмонелл, эшерихий и других представителей семейства Enterobacteriaceae) обладали экстракты растений, произрастающих в Египте: имбиря, тимьяна, кориандра, майорана и ряда других. Имбирь, кориандр, тимофилла подавляли рост бактерий на 99% (в диско-диффузионном тесте диаметр границ зоны лизиса составлял 80–90 мм); майоран, мускат и ромашка также были высокоактивны (зона ингибиции составляла до 70 мм). Наименьший эффект отмечен для солодки и чернушки, которые известны и в России (Mohamed et al., 2016). Размеры зоны задержки роста при воздействии растительных экстрактов на бактерии значительно превосходили данные, приведенные в таблицах стандартов для выбора антибиотиков в клинической практике.

Эндемичные растения Индии, Египта, Пакистана и других тропических стран: кассия трубчатая (бобовые), холарена пушистая (олеандр), терминалия, паэдерия (листья и кора), известные с древних времен как лекарственные средства при кишечных инфекциях, использовались для получения этанольного, этилацетатного и метанольного экстрактов. Антибактериальную активность препаратов изучали на когорте энтеропатогенов, изолированных из клинического материала больных с длительной диареей. В отличие от коллекционных штаммов, полученные культуры сальмонелл, эшерихий, шигелл и даже холерные вибрионы обладали мультирезистентностью к антибиотикам (макролидам, аминогликозидам, триметоприму, бета-лактамам, цефалоспоринам, сульфамидам). Авторы детально изучили фитохимический состав экстрактов, который был представлен алкалоидами, эфирными маслами, гликозидами, терпеноидами, сахарами, сапонинами, таннинами, флавоноидами, индолом (паэдерия). В диско-диффузионном тесте испытали образцы экстрактов на бактериальных изолятах, полученных от больных с тяжелыми случаями диареи. Экстракты показали высокую и среднюю бактерицидную активность: зоны задержки роста патогенов колебались от 16 до 25 мм, что сопоставимо с коммерческими антибиотиками, однако Vibrio cholerae слабо ингибировались даже при высоких концентрациях. Рекомендовано включать экстракты лекарственных растений как интегративные компоненты в дополнение к антибиотикотерапии, используемой в алгоритмах ведения больных с острыми кишечными инфекциями (Rath, Radhy, 2015).

Оставалось неизвестным, способны ли потенциально лекарственные растения разных географических зон России проявлять биологическую активность в отношении значимых возбудителей пищевых инфекций – листерий и токсинпродуцирующих эшерихий.

Для получения экстрактов были использованы дикорастущие растения, принадлежащие к четырем семействам: Chenopodium album (марь белая), Plantago major (подорожник), Elythrigia elongatа (пырей), Filipendula ulmaria (таволга), произрастающие повсеместно в Московском регионе, и Nigella sativa (чернушка, тмин), ареал распространения которой – Кавказ, Средняя Азия, многие южные страны. Фитохимический анализ выявил у растений наличие биологически активных соединений: алкалоидов, эфирных масел, гликозидов, терпеноидов, редуцированных сахаров, сапонинов, таннинов, флавоноидов.

С помощью жидкостной хроматографии получены различные экстракты – гексановый, этилацетатный, этанольный и две фракции уксуснокислого экстракта. Скрининговый анализ 24 препаратов, проведенный диско-диффузионным методом, выявил ингибирующую активность несвязавшейся уксуснокислой фракции подорожника, пырея и таволги на грамположительных листерий; грамотрицательные эшерихии были высокочувствительными к этим же фракциям. Гексановый и этилацетатный экстракты таволги и подорожника также обладали бактерицидным эффектом. В опытах по скорости редукции популяции E. coli при обработке наиболее эффективными препаратами из подорожника и пырея показано падение численности токсигенных эшерихий через сутки, а L. monocytogenes – через 2 сут (подорожник, таволга) (Pushkareva at al., 2017).

Сравнение биологической активности антибиотиков, стандартно применяемых в этиотропной терапии листериоза и энтерогеморрагического эшерихиоза (ампициллина, гентамицина и цефтриаксона), с экстрактами in vitro выявило дозозависимое шестикратное преимущество экстрактов. Таким образом, поиск лекарственных растений разных географических зон России открывает перспективы для создания трансгенных растений, устойчивых к возбудителям болезней человека, и для получения на их основе новых субстанций с антимикробными эффектами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

После уничтожительных эпидемий прошлых веков современная эпидемиология все чаще сталкивается с болезнями цивилизации (легионеллез, листериоз, иерсиниозы и пр.), которые несет с собой технический прогресс. Возникают новые места обитания для патогенных бактерий в объектах окружения человека: кондиционеры, станции фильтрации воды для мегаполисов, агрокомплексы по выращиванию сельскохозяйственных животных и пищевых растений, централизованные предприятия переработки и хранения пищевых продуктов и многое другое. Возбудители активизируют генетические механизмы, позволяющие им адаптироваться и существовать вдали от природных экосистем, что провоцирует возникновение дополнительных путей их распространения, результатом которого является формирование мощных вторичных очагов, опасных для населения.

Не менее важны проблемы минимизации риска пищевых инфекций, связанных с растениями, путем создания перспективных устойчивых к патогенам человека сельскохозяйственных культур; при этом могут быть использованы гены АМП дикорастущих растений для генетической трансформации. Также важно и перспективно получение новых высокоактивных соединений, преодолевающих барьеры полирезистентности к антибиотикам, стандартно применяемым в ветеринарии и медицине. Экологическая стратегия, направленная на поиск природных растений, являющихся уникальным источником биологически активных веществ, может быть использована в различных сферах: в фармакологии как дополнение к традиционным антибиотикам, для безопасной консервации пищевых продуктов, в эстетической медицине и пр.