СИМБИОЗ ЧЕЛОВЕКА И МИКРОБОВ: ОТ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ К ИННОВАЦИЯМ

Академик  О. В. Бухарин, профессор РАН  Н. Б. Перунова

Профессор РАН Н.Б. Перунова

Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза

Оренбургского федерального исследовательского центра

 УрО РАН

Огромный мир микробов, в «океане» которого мы буквально купаемся, и по сей день таит много скрытых загадок Природы. Человечество, познакомившись с этими «лилипутами» микромира традиционно общается с ними с осторожностью. Причиной тому известные эпидемии и даже пандемии, которые уносили миллионы человеческих жизней на Планете. И всё же пытливому Человеку удалось выделить отдельные микроорганизмы и убедиться в опасности для него этих «созданий».

Изучением этого вопроса занялись специалисты-микробиологи, которые показали, что микробов можно обезвредить, – были созданы вакцины, сыворотки, фаги и другое «оружие» против них, чем и воспользовалась медицина. Но одновременно оказалось, что микробы могут быть для человека и полезными. И это не их, а наша беда, что мы до сих пор не до конца понимаем, что они могут быть полезными для нас. Ещё более сотни лет назад наш соотечественник И. И. Мечников писал и даже изготовил молочнокислый препарат – «лактобактерин» и рекомендовал его населению с целью «правильного» пищеварения. Но сегодня на «дворе» уже 21 век и накопились новые сведения, позволяющие понять, так следует ли нам «дружить» с микробами? В изучении этой проблемы в наше время произошла «сенсация» в микробиологии. Обоснован новый тезис: «Микробы управляют нами, активно вмешиваясь в процессы жизнедеятельности самого человека». Были получены экспериментальные доказательства, что наша нормофлора, т. е. бактерии, живущие в организме человека, уже много веков выполняют полезные функции, а главное защищают нас от своих собратьев (патогенов), вызывающих болезни у человека. Изучение симбиотических взаимоотношений человека и микробов выявило механизмы этой защиты, а это дорогого стоит. Ещё И. П. Павлов повторял своим сотрудникам: «Объяснение – не есть цель науки. Цель науки – власть». Только тогда можно рассчитывать на победу над болезнетворными микробами. Понимание механизмов защиты от микробов при помощи естественных адаптивных стратегий хозяина – это центральная тема изучения коллектива исследователей Института клеточного и внутриклеточного симбиоза Оренбургского Федерального исследовательского центра УрО РАН. Оказалось, что кишечная микрофлора осуществляет отбор «своих» и «чужих» бактерий, и передает эти сигналы через специальные дендритные клетки иммунным лимфоцитам для защиты кишечника и сохранения здоровья хозяина. Эти фундаментальные разработки О. В. Бухарина и Н. Б. Перуновой, полученные в 2011 году, послужили базой для создания новых пробиотических препаратов (композиций) с учётом их биосовместимости, что было реализовано доктором медицинских наук Е. В. Ивановой в 2018 году при создании новых биопрепаратов.

Патенты, дипломы, медали лаборатории биомониторинга и молекулярно-генетических исследований

Дипломы, медали за инновационные разработки

Основной «изюминкой» этих работ было заставить отбирать «свои» бактерии, которые будут приняты как микробами, живущими в организме хозяина, так и самим хозяином. Этот вопрос был решён путём создания способа межмикробного распознавания «свой – чужой», что открыло перспективу как для отбора новых эффективных штаммов, так и для создания новых композиций биопрепаратов, пригодных для лечебно-профилактических целей. В процессе этой работы были выявлены новые уникальные штаммы бифидобактерий без генов патогенности и вирулентности. Нуклеотидные последовательности этих культур были аннотированы в международной базе данных NSBI BioProject, а сами культуры пробиотических микроорганизмов депонированы в Государственной коллекции нормальной микрофлоры (Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г. Н. Габричевского).  К тому же полученные новые штаммы бифидобактерий обладали выраженными иммунорегуляторными характеристиками и способностью подавлять воспалительный процесс за счёт взаимодействия с регуляторными молекулами человека (цитокинами). Оценка иммунорегуляторных свойств бифидофлоры позволила нам создать новые пробиотики «мишень-направленного» действия с высокими противовоспалительными характеристиками.

Дальнейшее изучение микробного распознавания позволило решить вопрос создания пробиотической биокомпозиции, основанной на оригинальном методе определения биосовместимости штаммов с количественной оценкой полученного результата (Патент РФ 2676910 от 11.01.19). Это оказалось важным при создании новых симбиотических композиций, в которых бактерии могут «уживаться» не только между собой, но и «встраиваться» в уже имеющийся в организме человека микробный пейзаж.

В настоящее время созданы опытные образцы новых пробиотиков с высокой биосовместимостью, антимикробным действием в отношении болезнетворных бактерий, а также обладающих противовоспалительным эффектом, пригодные для купирования дисбиозов различных биотопов человека. Разработаны способы контроля и оценки созданных новых биопрепаратов в сравнении с коммерческими препаратами как отечественного, так и зарубежного производства, с использованием разработанной нами «линейки» индикаторных культур.

Также в ИКВС УрО РАН созданы уникальные мазевые антимикробные композиции с высоким терапевтическим эффектом для лечения гнойно-воспалительных заболеваний кожи и мягких тканей в зависимости от фазы  раневого процесса. Уникальность и эффективность разработки связана с тем, что в состав мази входит антибиотик-окситоциновый комплекс, позволяющий бороться с бактериями, резистентными к антибактериальным препаратам. Внесение этого комплекса в различные мазевые основы позволяет адаптировать мазь в зависимости от состояния раны. Эти исследования были проведены в сотрудничестве с Екатеринбургскими химиками (ИОС УрО РАН им. И. Я. Постовского). В продолжение данных исследований было разработано новое  фармацевтическое средство для местного лечения заболеваний суставов. Оно выполнено в виде геля, и направлено на комплексное лечение суставов с учётом вида микробов и возможного снятия боли и воспаления.  Предварительные исследования на животных показали, что разработанный состав мази ускоряет процесс купирования артрита и нормализует структуры тканей суставов, вовлеченных в воспалительный процесс. Это даёт надежду, что в дальнейшем мы сможем расширить арсенал эффективных и безопасных средств, применяемых при лечении артритов.

Обложка монографии «Роль окситоцина и микробиоты в регуляции взаимодействий про- и эукариот при инфекции»

Обложка монографии «Бифидофлора при ассоциативном симбиозе человека»

Не меньший интерес представляет и разработка коллектива по созданию микрочипа для определения болезнетворных (патогенных) микробов, что позволяет с высокой точностью определить микробную опасность объектов окружающей среды по персистентным и вирулентным свойствам бактерий. Опытный образец микрочипа был создан усилиями оренбургских и санкт-петербургских учёных (ООО «Люмэкс», Санкт-Петербург).

Достижения коллектива отмечены золотыми медалями на Российской ярмарке инновационных проектов «Российским инновациям – Российский капитал» (Нижний Новгород, 2014), Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед – 2014» (Москва) и Международной выставке-конференции «Биоиндустрия 2017» (Санкт-Петербург, 2017), серебряной медалью Х Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, 2010), дипломами  42-го Международного салона «Inventions de Geneve 2014» (Женева) и 46-й Международной выставки медицинской индустрии «MEDICA 2014» (Дюссельдорф).

Д.м.н. Е.В. Иванова и аспиранты Т.А.Бондаренко и О.И. Рахматуллина при проведении микроскопических исследований

К.м.н. С.В. Андрющенко за работой