Адгезия и когезия бифидобактерий

ВЛИЯНИЕ ПРЕБИОТИКОВ НА ПРОЦЕССЫ АДГЕЗИИ И КОГЕЗИИ БИФИДОБАКТЕРИЙ

← назад / вперед →

Одним из актуальных направлений современной микробиологии является изучение адгезивного процесса различных микроорганизмов. Известно, что способность микроорганизмов приживаться в ЖКТ, создавая  защитный барьер,  обусловлена их адгезивными  свойствами. Адгезия  - это межклеточное взаимодействие, выражающееся в прочном прикреплении клеток к субстрату. Следует отметить, что от адгезивных свойств во многом зависят стабильность и защитные свойства микрофлоры макроорганизма.

Адгезия к слизи, гликопротеинам и эпителиальным клеткам, а также колонизация в желудочно-кишечном тракте человека является основополагающими характеристиками микроорганизмов, обладающих пробиотическими свойствами.

Злаковые культуры и жмых ядра кедрового ореха содержат высокое количество растворимых и нерастворимых пищевых волокон и могут адсорбировать и колонизировать бифидобактерии в процессе культивирования. В связи с этим в дальнейших исследованиях изучали адгезивные свойства бифидобактерий при их культивировании на питательной среде с внесением пребиотиков. Адгезию бифидобактерий оценивали по среднему показателю адгезии (СПА), коэффициенту участия эритроцитов (КУЭ), индексу адгезивности микроорганизмов (ИАМ). Микроорганизмы считаются высокоадгезивными - при ИАМ более 4,0; среднеадгезивными – при ИАМ от 2,51 - 4,0; малоадгезивными – при ИАМ от 1,76 – 2,54. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 8 - Влияние пребиотиков на адгезивные свойства бифидобактерий В. longum ДК-100 и B. bifidum 8₃ 

Результаты исследований, представленные в таблице 8, свидетельствуют о том, что исследуемые штаммы бифидобактерий в присутствии пребиотиков обладают более высокими адгезивными свойствами.

Необходимо отметить, что бактериальная поверхность заряжена отрицательно, у грамположительных бактерий это обусловлено присутствием тейхоевых кислот.  В результате физико-химических взаимодействий, как электростатических, так и прочих, микробная клетка притягивается к поверхности (субстрату), и таким образом возникает начальный контакт. «Субстрат» покрыт слоем высокомолекулярных полисахаридов, пребиотиков.  Сближение микробной клетки с субстратом вызывает изменение ее формы и перераспределение заряженных и незаряженных групп на контактирующей клеточной поверхности. В результате чего зона контакта увеличивается, что способствует взаимодействию с субстратом. Обычно в процессе прикрепления к поверхности синтезируются адгезины, о чем свидетельствует полученные нами результаты (табл. 8). 

Прикрепление также может быть инициировано гидрофобными взаимодействиями. Поскольку все молекулы, и полярные и неполярные, в результате физико-химического взаимодействия накапливаются у границы с поверхностью, прикрепленные бактерии лучше снабжаются необходимыми веществами, чем свободные клетки в жидкой среде. На прикрепленные бактерии в меньшей степени воздействуют токсичные соединения, в том числе кислород, так как они диффундируют только с одной стороны и нейтрализуются всем микробным сообществом, а не одиночными клетками. Это явление особенно важно для анаэробных микроорганизмов, к которым  относятся бифидобактерии.

Прикрепленные бактерии гораздо легче, чем свободноплавающие бактерии, образуют кооперативные структуры друг с другом или с другими бактериями. В прикрепленных бактериальных сообществах имеются также большие возможности для обмена плазмидами.

Вероятно, высокомолекулярные полисахариды, содержащиеся в исследуемых растительных добавках и синтез адгезинов способствуют прикреплению бифидобактерий к пищевым волокнам.

К механизмам, гарантирующим стабильность микробного консорциума, кроме адгезии относится также когезия (агрегация клеток). В литературных источниках недостаточно сведений о межклеточных контактах микроорганизмов, отражающих закономерности развития микробных популяций как саморегулирующих многоклеточных систем.

Известно, что популяции бифидобактерий демонстрируют высокоорганизованное, мицелиоподобное развитие на искусственных питательных среда. Топография взаиморасположения палочковидных, коккоидных и мультисиптированных форм бифидобактерий в мицелии определяется вектором репродуктивных потенций, а также обособлением клеток в процессе формирования перегородок и разделения дочерних особей. В литературе имеются единичные сведения, освещающие агрегацию клеток бифидобактерий и образованию в дальнейшем сложных многоклеточных систем.

Следующий этап исследований  посвящен изучению влияния пребиотиков на когезию бифидобактерий. Результаты исследований представлены на рисунках 4-5.

а)  контроль	б)  жмыха ядра кедрового ореха 2%
в) овсяная мука 1%	г) ячменная мука 1,5%

Рисунок 4 – Микрокартина бифидобактерий В. longum ДК-100

(увеличение 1х1000)

а)  контроль	б)  жмыха ядра кедрового ореха 2%
в) овсяная мука 1%	г) ячменная мука 1,5%

Рисунок 5 – Микрокартина бифидобактерий B. bifidum 8₃

(увеличение 1х1000)

Из представленных выше рисунков 4 (б-г), 5 (б-г) видно, что внесение пищевых волокон приводит к агрегации клеток бифидобактерий и формированию микроколоний. Согласно современным данным, механизм позитивного эффекта пищевых волокон, растворимых β-глюканов овса и ячменя и нерастворимых высокомолекулярных полисахаридов, заключается в создании дополнительной площади для фиксации бифидобактерий и биотрансформации пищевых волокон с образованием доступных источников углерода и энергии. Из литературных данных известно, что адсорбция и иммобилизация на биоволокнах защищают клетки бифидобактерий при стрессовых воздействиях.

Если некоторые авторы, решающее значение в объединении бактериальных клеток отводят гликокаликсу, то другие склонны рассматривать поверхностные слизеподобные слои, их окружающие, как адсорбируемый ими из культуральной жидкости материал.

По-нашему мнению экзогенные слизи пребиотиков, содержащиеся в культуральной жидкости, способствуют процессу когезии бифидобактерий.

Полученные нами результаты подтверждаются данными литературы, согласно которым микроорганизмы рода Bifidum способны осуществлять гидролиз декстрана по α-1-6-глюкозидным связям с синтезом высших изомальтодекстринов, а также утилизировать целлобиозы и целлюлозы.

Как свидетельствуют данные рисунков 4б и 5б, культивирование бифидобактерий в питательной среде с внесением жмыха ядра кедрового ореха, где содержится высокое количество нерастворимых пищевых волокон, приводит к интенсификации межклеточных связей и формированию обширных микроколоний. Эффект образования многоклеточных систем обеспечивает адаптационную, физиологическую устойчивость клеток к конкретной экологической нише, что, возможно, является реакцией на воздействие отрицательных экзо− и эндогенных факторов.

В результате проведенных исследований установлено, что исследуемые штаммы бифидобактерий  обладают высокими адгезивными свойствами, колонизируются на поверхности пищевых волокон злаковых культур и жмыха ядра кедрового ореха с образованием агрегатов, что повышает их устойчивость к неблагоприятным факторам среды.

Полученные данные подтверждают целесообразность применения высококогезивных и высокоадгезивных штаммов бифидобактерий при производстве препаратов различного назначения – в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, биотехнологии.

См. также: Омические свойства бифидобактерий: исследования и понимание их деятельности, способствующей укреплению здоровья

 ← назад / вперед →

• Влияние пребиотиков на метаболизм бифидобактерий (начало)
• Исследование устойчивости бифидобактерий к низким значениям pH
• Исследование антимутагенной активности бифидобактерий
• Исследование холестеринметаболизирующей активности бифидобактерий
• Технология получения бактериальных концентратов

Будьте здоровы!