Взаимодействие между микроорганизмите и макроорганизма

Познаването на разнообразието от организми и техните симбиотични, паразитни или коменсалски взаимодействия е от съществено значение за обясняване на съвместното съществуване на видовете, тяхното разпространение, производителност и способността им за устойчивост. Това се отнася както до взаимодействията между микроорганизмите (от вируси до мезо-зоопланктон), така и до взаимодействията между микро- и макроорганизмите. Днес те представляват нова област на изследване, чиято цел е да оцени екологичната роля на микроорганизмите в организма на гостоприемника и влиянието на организма-гостоприемник върху микробните общности.

Микроорганизмите могат да образуват ендосимбиотична връзка с други организми. Микроорганизмите, които изграждат чревната флора в стомашно-чревния тракт синтезират витамини като фолиева киселина и биотин и усвояват комплексни, несмилаеми въглехидрати. Някои микроорганизми, които се считат за полезни за здравето и са част от нормалната чревна микрофлора се наричат пробиотици и се предлагат като хранителни добавки най-вече след антибиотична терапия.

Коменсализмът е връзка, която е от полза за бактериите, но не подпомага или уврежда домакина. Повечето бактерии, които са част от нормалната микрофлора, се намират върху епителните повърхности, които влизат в контакт с външната среда. Те се срещат често по кожната повърхност, в дихателните пътища и стомашно-чревния тракт. В някои случаи коменсалните бактерии могат да станат патогенни и да причинят заболяване или те могат да осигурят полза за гостоприемника.

Бактериите в храносмилателната система подпомагат метаболизма на хранителните вещества, производството на витамини и обработката на отпадъците, те също така подпомагат отговора на имунната система на гостоприемника към патогенните бактерии.

Паразитна връзка е тази, при която бактериите се възползват докато домакинът е увреден. Патогенните паразити, които причиняват заболяване се противопоставят на защитата на гостоприемника и растат за сметка на домакина. Тези бактерии произвеждат отровни вещества наречени ендотоксини и екзотоксини, които са отговорни за симптомите появаващи се при заболяване. Болестотворните бактерии са отговорни за редица заболявания, включително менингит, пневмония, туберкулоза и много други.

Бактерии: Полезни или вредни?

Когато се вземат предвид всички факти, бактериите са по-полезни, отколкото вредни. Хората използват бактерии за голямо разнообразие от приложения. Такива употреби включват получаването на сирене и масло, разлагането на отпадъците в пречиствателните станции и разработването на антибиотици. Бактериите са изключително устойчиви и някои са способни да живеят в най-екстремните среди, те са доказали, че могат да оцелеят без нас, но ние не бихме могли да живеем без тях.
Предимствата, които трябва да се спечелят при такива взаимоотношения могат да бъдат транспортиране, хранене и защита.

• Симбиоза – Близка и трайна връзка между два различни вида.
• Взаимност - вид симбиоза, в която и двата вида са от полза.
• Паразитизъм - вид взаимоотношение, при което единият вид се размножава и храни за сметка на другия.

Не само клетките взаимодействат помежду си, но те взаимодействат и с микроорганизмите. Повечето от тези взаимодействия са вредни за домакина. В други случаи, тези взаимодействия са полезни за гостоприемника, такъв е случаят с чревната микрофлора.

Многобройни бактерии и гъби живеят и в човешкото тяло като част от естествената му микрофлора. Гъбичният род Aspergillus е способен да живее под значителен стрес в околната среда и по този начин е в състояние да колонизира стомашно-чревния тракт, където относително малко видове могат да оцелеят поради силно киселинните условия, предизвикани от стомашната киселина и храносмилателните сокове. Aspergillus нормално не предизвиква заболяване, но при имунокомпрометирани индивиди може да възникне заболяването аспергилоза.

Staphylococcus aureus е известен с многобройните си патогенни щамове, които могат да причинят множество заболявания при човека. Много щамове на S.aureus обаче са метабиотични коменсали и присъстват при около 20-30% от човешката популация като част от нормалната микрофлора на кожата. S.aureus също така се възползва от променливите условия , създадени от лигавиците на тялото и като такива могат да бъдат намерени в устната кухина и носа, както и във външния слухов проход.

Хората биват колонизирани от разнообразни популации от бактерии и гъби, а взаимодействията между тези микробни популации могат да бъдат полезни или вредни за домакина. Например, C.albicans и Escherichia coli проявяват кооперативно взаимодействие, при което Е.coli повишава адхезията на C.albicans към лигавицата на пикочния мехур и увеличава вероятността от гъбични инфекции на пикочните пътища. По същия начин рискът от пневмония, дължаща се на инфекция с Pseudomonas aeruginosa, е значително по-голям при пациенти колонизирани от C.albicans.

Интересно е, че дисбалансът в нормалната бактериална флора, причинен от лечението с широкоспектърни антибиотици, е предразполагащ фактор свързан с колонизацията на имунокомпрометирани пациенти с C.albicans, вероятно поради намаления брой бактериални конкуренти. По този начин антибиотичните терапии, които са специално насочени към конкретни патогени за разлика от широкоспектърните антибиотици, могат да помогнат за предотвратяване на вторични проблеми, които възникват при смущение на полезните бактериални-гъбични взаимодействия. Както самостоятелно, така и заедно бактериите и гъбичките формират добре структурирани, често повърхностно свързани общности, наречени биофилми. Значителна част от човешките микробни инфекции са свързани с биофилма, а образуването на смесени видове биофилми може да създаде защитна среда, която позволява оцеляването им и улеснява различни бактериални и гъбични взаимодействия. Взаимоотношенията между С.albicans и оралните стрептококи илюстрират различните начини по които бактериите и гъбите могат да се прикрепят един към друг и да си взаимодействат.