Влияние на биологичните фактори върху микроорганизмите

В природата всички живи организми непрекъснато взаимодействат помежду си при осъществяване на жизнената си дейност. Микроорганизмите, като един от най-разпространените форми на живот, взаимодействат широко помежду си, с различни фактори на околната среда и макроорганизмите, които населяват. В резултат на този процес настъпва продължителна селекция, при която най-приспособимите микроби образуват относително постоянни съобщества (биоценози).

Влиянието на биологичните фактори върху микроорганизмите се изразява предимно със сложните форми на взаимоотношение между различните микробни популации, както и тези, които възникват при контакт с макроорганизмите. В околната среда, както и в животинските и растителните организми, рядко се срещат микробни популации на единични видове. В големия процент от случаите се установява съществуването многовидови съобщества, в които протичат разнообразни форми на взаимодействие. Те могат да бъдат обединени в две основни форми - симбиоза и антагонизъм.

1. Симбиозата се определя като сдружение на два или повече различни вида, при което всеки от тях може да има полза от взаимното съжителство или ползата да бъде едностранна. Установени са следните форми на симбиоза:

• мутуализъм - взаимно съжителство, което осигурява реципрочна полза за взаимодействащите организми;
• коменсализъм - микроорганизмът (коменсал) извлича полза от гостоприемника, докато последния не е повлиян от това взаимодействие; често микроорганизмът споделя същия източник на хранителни вещества с домакина си;
• паразитизъм - единият организъм (паразит) използва ресурсите на другия (гостоприемник), като в резултат на това взаимоотношение гостоприемникът бива увреден. Патогенните за човека, животните и растенията микроорганизми проявяват паразитизъм по отношение на взаимодействието си със своя гостоприемник.

Пример за симбиотично съжителство в естествени условия е съвместното развитие на аеробни и анаеробни микроорганизми при нарушение на целостта на кожата и при увреждане на пародонта. В тези случаи аеробните представители консумират свободния кислород, с което създават благоприятна среда за развитие на анаеробните клостридии и пептострептококи. Инфлуетичните бактерии могат да усилят растежа си в присъствие на стафилококи и стрептококи, което се определя като феномена сателитизъм и също е пример за симбиотично взаимоотношение.

Друг пример за подобно взаимодействие е това между човешкия организъм и нормалната му микрофлора. Човешкият микробиом започва своето развитие веднага след раждането и продължава да съществува през целия живот, като оказва съществено влияние при модулирането на имунната система и различни физиологични или морфологични аспекти в организма на гостоприемника. За развитието на тази резидентна микробна общност основно значение има способността на микроорганизмите да заемат т.нар. ниши, да взаимодействат по определен начин с други видове микроорганизми и тъканите на гостоприемника. Това се осъществява посредством образуването на специфични секреторни метаболитни продукти в процес, наречен създаване на ниша. По време на този процес микроорганизмите изграждат своята ниша чрез усвояване на наличните хранителни вещества, потискане на възможни конкуренти чрез синтеза на екстрацелуларни ензими, антимикробни съединения или чрез активиране, или потискане имунната система на гостоприемника.

При поселяването на червата от нормалния микробиом, микроорганизмите взаимодействат с чревните епителни клетки, експресиращи адхезивни молекули на повърхността си, което от своя страна предизвиква реакции от страна имунната система на гостоприемника. Именно за тези залавни места се конкурират отделните микроби от нормалната микрофлора и болестотворните прокариоти. Най-важните бактериални адхезивни структури са пилите или фимбриите на Грам-отрицателни бактерии, но също така са установени и други мономерни повърхностно-свързани адхезивни протеини.

Интерес представлява и взаимодействието на кожата с множеството патогенни и условнопатогенни микроорганизми. Клетките на епидермиса (най-външния кожен слой) - кератиноцитите, селектират микробите, които колонизират кожната повърхност чрез рецептори (Toll-like рецептори, манозни рецептори, NOD-подобни рецептори) за разпознаване на представителите от коменсалната микрофлора. Активирането на тези рецептори за разпознаване на болестотворни агенти води до активиране на вродения имунитет и секреция на антимикробни пептиди, цитокини и хемокини. Чрез посочения механизъм кожата може да разграничи безвредните коменсални обитатели от патогенните, независимо от постоянния контакт с голям брой микроорганизми.

2. Антагонизмът е друга форма на влияние на биологичните фактори върху микроорганизмите. Определя се като взаимодействие, при което даден микробен вид понася вреда от друг микроб в съобществото. Формите на антагонизъм са най-разнообразни и пример за подобно взаимоотношение е това между резидентната микрофлора на човека с болестотворните микроби. Множество от представителите на нормалните обитатели на кожата и лигавиците потискат развитието на определени патогени посредством механизмите на бактериална интерференция. Те включват синтезата и секрецията на субстанции с бактериостатичен и бактерициден ефект - алкохоли, млечна и мастни киселини, водороден пероксид; бактериоцини; конкуренция за хранителни вещества и залавни места за клетките на макроорганизма и др. Посочените механизми на бактериална интерференция на нормалната микрофлора спрямо патогенните бактериални видове представлява един от основните способи на естествената защита за макроорганизма.

Определени видове микроорганизми синтезират и излъчват в заобикалящата ги среда специфични вещества, които антагонизират развитието на останалите микроби. Тази форма на антагонизъм е известна като антибиоза, излъчваните субстанции - антибиотици. Актиномицетите, плесените и някои почвени бактерии са микроорганизми, които се характеризират с най-силно изразена продуктивност на антибактериални вещества. Произведените от тях антибиотчни субстанции се използват широко в медицинската практика за лечение на редица бактериални инфекции, както и като основа са разработване на противобактериални химиотерапевтици.

Проучените актиномицети се определят като продуценти на множество биологично активни субстанции с широк спектър на действие. Така например е установено, че при взаимодействието на Streptomyces coelicolor с други актиномицети се синтезират съединения, които са уникални при всяко отделно взаимодействие и разкриват различен отговор във всеки отделен случай. Описани са над 227 съединения, произведени при отделените взаимодействия; половината от тях са известни метаболити: продигинини, актинордини, коеличелини и ацил-десфериоксамини.

Друг пример за влияние на биологичните фактори върху микроорганизмите е въздействието на бактериофагите върху бактериите. Те могат да лизират чувствителните микроби, а при други умерените фаги могат да променят бактериалната генетичнта информация, с което се изменят и техните жизнени характеристики.