Морфология стволовых клеток Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Итак, конкретные виды Бифидобактерий (Bifidobacteria spp.) принадлежат к роду Bifidobacterium, из семейства Bifidobacteriaceae в отряде Bifidobacteriales, принадлежащему к типу Актинобактерий (Actinobacteria)

Морфология бифидобактерий

МОРФОЛОГИЯ и СИСТЕМАТИКА БИФИДОБАКТЕРИЙ

Рис.1. Рост бифидобактерий в полужидкой питательной среде.

На рисунке 1 приведены фотографии нескольких культур, на которых видны особенности роста бифидобактерий в полужидкой питательной среде Бифидобактерии при культивировании в полужидкой питательной среде образуют характерные образования в форме «кустиков» или «комочков». На рис.1а представлены характерные для бифидобактерий «колонии-гвоздики», рис.1б – «колонии-сгустки», рис.1в, г – «колонии-столбики».

Морфология бифидобактерий

Морфология (биология) — наука о форме и строении организмов

Все представители рода Bifidobacterium – грамположительные, неподвижные, неспорообразующие, не образующие в процессе жизнедеятельности газы, анаэробные (однако, некоторые виды могут быть аэротолерантными), каталазо-отрицательные (кроме Bifidobacterium indicum и Bifidobacterium asteroides), сахаролитические микроорганизмы (Biavati et al., 2000; Leahy et. al., 2005). Все они хемоорганотрофы, активно сбраживают углеводороды с образованием преимущественно уксусной и молочной кислот в молярном соотношении 3:2, СО₂ не образуют. Некоторые виды могут расти в атмосфере, обогащенной до 10% СО₂. Их рост прекращается при рН ниже 4.5 или выше 8.5. Как правило, при окрашивании препарата бифидобактерий по Граму, для них характерна биполярность. Однако и это правило не без исключения, так как некоторые штаммы бифидобактерий при прокрашивании приобретают вид клеток, содержащих гранулы, что не отвечает характерной для бифидобактерий биполярности. Иногда они похожи на цепочку кокков (Biavati et al., 2006).

Форму клеток бактерий из рода Bifidobacterium обычно описывает как плеоморфную. Плейоморфизм меняется в зависимости от вида. Некоторые виды представлены большим разнообразием клеточных форм, в то время как другие показывают гомогенную морфологию клеток. Их размер составляет 0.5-1,3 × 1.5-8 мкм 2 . Они могут располагаться поодиночке, в парах, образовывать фигуры V-образной формы. В зависимости от условий культивирования, клетки бифидобактерий демонстрируют значительный плеоморфизм (состояние, при котором индивидуум принимает ряд различных форм во время своего жизненного цикла). Было показано, что избыток в среде для культивирования N-ацетилглюкозамина, аланина, глутаминовой кислоты, серина и ионов кальция влияет на форму клеток бифидобактерий (Nebra et. al., 1999; Tharmaraj et al., 2003). На плотных питательных средах бифидобактерии образуют разнообразные по форме и цвету колонии: плоские, полушаровидные, блестящие, шероховатые, окруженные валиком, имеющие более темный центр, от белого и серого до темно-коричневого. Размеры колоний составляют от 0.5 до 5.0 мм (Домотенко и др., 2014).

Все описанные на данный момент виды бифидобактерий распределены по следующим основным экологическим нишам: кишечник человека, полость рта, вагинальная полость, желудочно-кишечный тракт животных (Бондаренко и др., 2007), кишечник насекомых, кисломолочные продукты и сточные воды (табл.1). Однако две последние экониши – это вторичные места обитания бифидобактерий (Домотенко и др., 2014).

ВИДЫ (ТИПОВЫЕ ШТАММЫ) БИФИДОБАКТЕРИЙ

Таблица 1. Типовые штаммы видов рода Bifidobacterium, их обозначения в мировых коллекциях микроорганизмов и происхождение

Вид
Типовой штамм
Происхождение
Исх. название
1. B. adolescentis
Кишечник взрослого человека; рубец коровы; сточные воды
2. B. angulatum
Фекалии взрослого человека; сточные воды
3. B. animalis subsp. animalis
Фекалии животных (крысы, кролики, морские свинки, цыплята, телята)
4. B. animalis subsp. lactis
5. B. asteroides
Кишечник Apis mellifera (subsp. mellifera, ligustica, caucasica)
6. B. bifidum
Фекалии взрослого человека, ребёнка и телят; влагалище человека
7. B. bombi
Пищеварительный тракт шмелей (Bombus lucorum, Bombus pascuorum и Bombus lapidarius).
B. boum
Рубец крупного рогатого скота; фекалии поросят
B. breve
Кишечник ребёнка, телят; влагалище человека; сточные воды
B. catenulatum
Кишечник ребёнка и взрослого человека; влагалище человека;
B. choerinum
Фекалии поросят; сточные воды
B. coryneforme
Кишечник Apis mellifera (subsp. mellifera)
B. cuniculi
Фекалии кролика
B. denticolensb
Зубной кариес, слюна человека
B. dentium

Зубной кариес и ротовая полость человека; фекалии взрослого человека; влагалище человека; абсцессы в аппендиксе

B. gallicum
Фекалии человека
B. gallinarum
Слепая кишка цыплёнка
B. indicum
Кишечник Apis cerana и A. dorsata
B. inopinatumb
Зубной кариес
B. longum subsp. longum
Кишечник взрослого человека, ребёнка, телёнка; влагалище человека; сточные воды
B. longum subsp. infantis
Кишечник ребёнка и телёнка; влагалище человека
B. longum subsp. suis
Фекалии поросёнка
B. magnum
Фекалии кролика
B. merycicum
Рубец быка
B. minimum
Сточные воды
B. mongoliense
Традиционный монгольский кисломолочный напиток айраг
B. pseudocatenulatum
Фекалии ребёнка и телёнка; сточные воды
B. pseudolongum subsp. pseudolongum
Фекалии свиньи, цыплёнка, быка, телёнка, крысы, морской свинки
B. pseudolongum subsp. globosum
Фекалии поросят, телят, крыс, кроликов, ягнят; рубец быка
B. psychraerophilum
Слепая кишка свиньи
B. pullorum
Фекалии цыплёнка
B. ruminantium
Рубец быка
B. saeculare
Фекалии кролика
B. scardovii
CCUG 13008
Кровь и моча человека
B. subtile
Сточные воды
B. thermophilum
Фекалии свиньи, цыплят, телят;
B. thermacidophilum subsp. thermacidophilum
Сточные воды
B. thermacidophilum subsp. porcinum
Фекалии поросёнка
B. tsurumiense
Зубной налёт у золотистого хомячка

DSM – Deutsche Sammlung von Mikroorganismen: Германская коллекция микроорганизмов и культур клеток
ATCC – American Type Culture Collection: Американская коллекция штаммов, клеточных линий и других биоресурсов для контроля качества и научных исследований (Манассас, VA, США)
LMG – Bacteria Collection Universiteit Gent: Бельгийская координированная коллекция микроорганизмов, Гентский университет

История систематики бифидобактерий (таксономия)

Систематика (таксономия) организмов заключается в распределении (классификации) их по определенным группам, каждая из которых имеет своё название: класс, порядок, семейство, род, вид. Вид – основная таксономическая единица. Классификация всех живых существ основана почти полностью на морфологических признаках организмов. У бактерий классификация имеет специфические особенности вследствие немногочисленности их морфологических признаков. Современная микробиология для классификации использует комплекс признаков: морфологические (форма клеток, наличие и характер расположения жгутиков, способ размножения, окраска по Граму, способность к образованию эндоспор; физиологические особенности (способ питания, получение энергии, состав продуктов обмена, отношение к воздействию температуры, рН, кислорода и др. факторам); культуральные (характер роста на различных питательных средах культуры бактерии; на жидких средах – наличие пленки, мути, осадка; на плотных средах – тип колоний и их особенности). Большинство классификаций бактерий является искусственными. Они предназначены для определения той или иной группы микроорганизмов, представляющих интерес для исследователей. В отличие от искусственной естественная отражает постепенное развитие (эволюцию) живых организмов.

Впервые описал бифидобактерии Тисьер примерно в 1900 году (Poupard et al., 1973). Он выделил из фекалий вскормленного грудью младенца культуру анаэробных бактерий, клетки которых обладали специфической Y-образной морфологией. Тисьер дал им название Bacillus bifidus. Позже Холланд назвал штамм, выделенный Тисьером Lactobacillus bifidus (Holland, 1920). А в 1924-ом году Орла-Йенсен отнёс род Bifidobacterium к отдельному таксону* (Orla-Jensen, 1924; Prasanna et al., 2014).

*Таксон — группа в классификации, состоящая из дискретных объектов, объединяемых на основании общих свойств и признаков. Классификационные системы, использующие понятие «таксона», обычно носят иерархический характер

В 1957-м году Денерт впервые обнаружил существование множества биотипов внутри рода Bifidobacterium и предложил систему дифференцировки пяти групп этих бактерий, которая была основана на характере сбраживания ими углеводов (Dehnert, 1957).

На основании биохимических и серологических характеристик, вдобавок к уже известной на тот период B. bifidum, Реутер в 1963-м году выделил ещё семь видов бактерий, относящихся к роду Bifidobacterium, и предложил схему их идентификации. В роде Bifidobacterium Реутер выделял следующие виды: B. bifidum var. a и b; B. infantis; B. parvulorum var. a и b; B. breve var. a и b; B. liberorum; B. lactentis; B. adolescentis var. a, b, c и d; B. longum var. a и b (Reuter, 1963).

В 1969-м году Митсуока предложил иную схему классификации бифидобактерий. По ней, во-первых, к виду B. longum были добавлены два новых биотипа (B. longum subsp. animalis a и b), а во-вторых, к уже известному разнообразию бифидобактерий было добавлено два новых вида (B. thermophilum и B. pseudolongum), выделенных из фекалий животных (Mitsuoka, 1969).

В том же году Скардови с сотрудниками выделили из рубца крупного рогатого скота B. ruminale (впоследствии оказалось, что этот вид идентичен B. thermophilum) и B. globosum (Scardovi et al., 1969). Тогда же Скардови и Трователли выделили из кишечника медоносных пчёл три новых вида (B. asteroides, B. indicum и B. coryneforme) с морфологией отличной от уже известных представителей этого рода (Scardovi, Trovatelli, 1969).

Благодаря использованию молекулярных методов, а именно анализу сиквенсов 16S рибосомальной РНК/ДНК, удалось грамотно классифицировать представителей рода Bifidobacterium (Ventura et al., 2007; Downes et al., 2010).

Род Bifidobacterium также как Gardnerella (типовой и единственный вид – Gardnerella vaginalis (Greenwood, Pickett, 1980) были включены в одно семейство Bifidobacteriaceae, которое отнесли к порядку Bifidobacteriales в подклассе Actinobacteridae в классе Actinobacteria в отделе Firmicutes в домене Bacteria. Позднее в семейство Bifidobacteriaceae были включены ещё пять новых родов: Aeriscardovia (единственный вид Aeriscardovia aeriphila, ранее известен как «Bifidobacterium aerophilum» (Simpson, 2004), Alloscardovia (типовой и единственный вид – Alloscardovia omnicolens (Huys et al., 2007), Metascardovia (типовой и единственный вид – Metascardovia criceti (Okamoto et al., 2007; Anderson et al., 2013), Parascardovia (типовой и единственный вид – Parascardovia denticolens (Jian, Dong, 2002), ранее известен как «Bifidobacterium denticolens» (Milani et al., 2013) и Scardovia (на сегодняшний день известно к этому роду относятся два вида: типовой вид – Scardovia inopinata, ранее известен как «Bifidobacterium inopinatum», и Scardovia wiggsiae (Downes et al., 2010).

Только практически полное определение последовательности генов 16S рРНК у исследуемых штаммов бактерий и их сравнение с аналогичными последовательностями, помещенными в международную базу GenBank, позволяет говорить точно об их отношении к роду Bifidobacterium (или др. родам).

На рисунке 3 представлены микрофотографии, демонстрирующие типичную для представителей рода Bifidobacterium клеточную морфологию.

Рис.3. Микрофотографии окрашенных метиленовым синим фиксированных препаратов некоторых выделенных бифидобактерий (х100 иммерсия ).

На рис.3 а, б представлены скопления в виде «вилочек», которые являются типичными для бифидобактерий. На рис.3 в, г наблюдаются утолщения на концах в виде «булав».

Таблица 2 ‑ Дифференцирующие особенности биологических свойств бифидобактерий

Виды
Происхождение названия
Необходимые факторы роста
Содержание гуанина + цитозина в ДНК (моль %). Гомология ДНК/ДНК других видов
Кем выделен, когда, источник выделения
l.Bifidobacterium (В.) bifidum (Бифидобактериум (Б.) бифидум)
Bifidum – расщепленный, разделенный
Никотиновая и фолиевая кислоты , твин-80, раминобензойная кислота
58; В. longum-40%; В. infantis – 42 %; В. boum-38%; В. pseudolongum – 35%
Tissier, 1900; обнаружен в фекалиях младенцев, вагине человека, в фекалиях молочных телят
2. В. longum
Longum – длинный
58; В. infantis – 50-76%; В. breve- 40%
Reuter, 1963; из фекалий взрослых людей и младенцев
3. В. infantis
(Б. инфантис)
Infantis – от младенца, младенческий
58; В. longum – 50-76%; В. breve-40%; В. pullorum – 39 %
Reuter, 1963; из фекалий взрослых людей и младенцев, из вагины человека
Breve короткий
58; В. infantis-40-60%; В. longum-40-60%; В. pullorum – 33 %; В. globosum – 25 %
Reuter, 1963; из фекалий взрослых людей и младенцев, из вагины человека
5. В. adolescentis
(Б. адолесцентис)
Adolescentis – юношеский, подростковый
58; В. angulatum – 20 – 30%; В. catenulatum – 15- 57% В. animalis – 25 %

Reuter, 1963; из фекалий взрослых людей, обезьян и собак; сточных вод, рубца крупного рогатого скота (КРС)

6. В. angulatum
(Б. ангулатум)
Angulatum – угловой, с углами
59; В. adolescentis – 20- 44%; В. catenulatum – 2- 37%; B.dentium-5-26%; В. minimum – 20 %
Scardovi, Crociani, 1974; из фекалий взрослых людей, сточных вод
7. В. catenulatum
(Б. катенулатум)
Catenulatum – с наличием маленьких цепочек

55; В. dentium- 16- 45%; В. adolescentis – 20- 57%; В. magnum – 26 %; В. bifidum – 25 %; В. minimum – 25 %

Scardovi, Crociani, 1974; из фекалий взрослых людей и младенцев, из сточных вод
8. В. pseudocatenulatum
(Б. псевдокатенулятум)
Pseudo – ложный, ошибочный, т.е. не является catenulatum

57; В. eatenulatum -50- 80%; В. adolescentis – 30%; В. choerinum – 25 %; В. suis – 25 %; В. minimum – 25 %

Scardovi, Trovatelli, Biavari, Zani, 1979; из фекалий младенцев, молочных телят, сточных вод
9. В. dentum
Dentum – зубной
61; В. adolescentis – 24-49%; В. angulatum – 8 – 20%; В. catenulatum -3- 48%

Scardovi, Crociani, 1974; из зубов, пораженных кариесом; из фекалий взрослых людей и младенцев, из ротовой полости и вагины человека

10. В. globosum
(Б. глобозум)
Globus – шар, сфера, globosum – сферический
64; В. pseudolongum-65-70%; В. cuniculi -50-67; В. choerinum – 26 – 57%

Scardovi, Trovatelli, Crociani, Sgorbati, 1969; из фекалий свиней, молочных телят, крыс, кроликов, ягнят; из рубца КРС и сточных вод

11. В. pseudolongum
(Б. псевдолонгум)
Pseudo – ошибочный, ложный, т.е. не является В. Iongum
60: В. globosum -75 %; В. choerinum – 37%; В. animalis – 34 %
Mitsuoka, 1969; из фекалий свиней, цыплят, КРС, крыс и мышей
12. В. cuniculi
(Б. куникули)
Cuniculi – Кроличий (от кролика)

64; В. globosum -50 -67%; В. animalis – 26 -31%; В. pullorum – 25 %; В. thermophilum -15-25 %; В. adolescentis – 25%

Scardovi, Trovatelli, Biavati, Zani, 1979; из фекалий кролика
13. В. choerinum
(Б. хоеринум)
Choerinum – принадлежащий свинье (от свиньи)

66; В. pseudolongum – 45-50 %; В. pullorum – 37 %; В. indicum – 44 %; В. globosum – 50 %; В. asteroides – 50 %

Scardovi, Trovatelli, Biavati, Zani, 1979; из фекалий поросят, из сточных вод
14. В. animalis (Б. анималис)
Animalis – Животный (от животных)
60; В. pullorum – 35 %; В. adolescentis – 30%; В. globosum – 40 %; В. cuniculi – 18-25 %
Mitsuoka, 1969; из фекалий крыс, цыплят, кроликов, телят, овец, свиней; из сточных вод
15. В. thermophilum (Б. термофилюм)
Thermophilum теплолюбивый
60; В. choerinum- 15- 35%; В. bourn – 36-74 %; В. longum – 27-80 %
Mitsuoka, 1969; из фекалий свиней, поросят, цыплят, телят, рубца КРС, сточных вод
16. В. bourn (Б. боум)
Bourn – от Крупного рогатого скота
60; В. thermophilum – 27-80 %; В. adolescentis – 25%
Scardovi, Trovatelli, Biavati, Zani, 1979; из рубца КРС, фекалий поросят
17. В. magnum (Б. магнум)
Magnum – большой, огромный
60; В. globosum-32%; В. longum-0-29%; В. minimum – 19 %
Scardovi, Zani, 1974; из фекалий кроликов
18. В. pullorum (Б. пуллорум)
Pullorum – цыплячий (от цыплят)
Никотиновая кислота , пиридоксин , тиамин , фолиевая кислота , р-аминобензойная кислота, твин-80
67; В. adolescentis – 21%; В. bifidum – 20 %; В. breve-18 %
Trovatelli, Crociani, Pedinotti, Scardovi, 1974; из фекалий цыплят
19. В. suis (Б. суис)
Suis свиной

62; В. catenulatum – 25%; В. seudolongum – 9-27 %; В. angulatum – 20 %; В. dentium – 20 %; В. animalis – 20 %

Matteuzzi, Crociani, Zani, Trovatell, 1971; из фекалий поросят
20. В. minimum (Б. минимум)
Minimum наименьший
61,5; В. globosum – 33 %; В. catenulatum – 30%; В. subtile-10-31%; В. angulatum – 23 %
Biovati, Scardovi, Moore, 1982; из сточных вод
21. В. subtile (Б. субтиле)
Subtile – тонкий, стройный
61,5; В. longum – 23 %; В. minimum – 16 – 20%; В. breve-17%
Biovati, Scardovi, Moore, 1982; из сточных вод
22. В. coryneforme (Б. коринеформе)
Coryne – булава; forme форма; coryneforme – булавовидный
В. indicum-60%
Scardovi, Trovatelli, 1969; из кишечника медоносной пчелы Apis mellifera subsp. caucasica в Норвегии
23. В. asteroides (Б. астероидес)
Asteroides – звездоподобный
59; В. indicum – 23 – 30%; В. corineforme – 23%; В. choerinum – 50 %
Scardovi, Trovatelli, 1969; из кишечника медоносной пчелы Apis mellifera var. Ligustica в Италии
24. В. indicum (Б. индикум)
Indicum – от названия пчелы Apis indicum
60; В. coryneforme – 30%; В. subtile – 60 %
Scardovi, Trovatelti, 1969; из кишечника медоносной пчелы Apis indicum в Малайзии
Рис.4. Bifidobacteria pseudocatenulatum

Идентификация любого штамма начинается с описания физиологических характеристик микроорганизмов. Однако, не всегда знание данных признаков позволяет с уверенностью определить систематическую принадлежность к тому или иному роду. Широко известен полиморфизм бифидобактерий, что также затрудняет их определение. Вилочковидная форма бифидобактерий как правило возникает на бедных средах. При выделении новых культур используют богатые среды, поэтому часто наблюдаются прямые палочки , коккобациллы , порой они образуют даже цепочки клеток . Довольно часто при первичной идентификации лактобациллы можно отнести к бифидобактериям. Описанные в литературе родоспецифичные праймеры обладают недостаточной специфичностью, что может приводить к ложноположительным результатам.

Поэтому, чтобы избежать ложноположительных результатов при первичной идентификации штаммов, для окончательной идентификации выделенных бифидобактерий необходим анализ секвенирования гена 16S рРНК .

Прим.: 16S рРНК — один из трёх основных типов рРНК , образующих основу рибосом прокариот , находятся в их малой (30S) субъединице. Часто для идентификации используют гены, кодирующие 16S и 23S рибосомальные РНК, поскольку они присутствуют во всех бактериальных клетках и являются видоспецифичными для большинства микроорганизмов. Использование для идентификации гена 16S рибосомальной РНК, позволяет различать близкородственные виды и подвиды микроорганизмов.

Рис. 5. Филогенетическое древо желудочно-кишечного тракта человека, относящегося к семейству Bifidobacteriaceae. Регистрационные номера последовательностей генов SSU рРНК из базы данных GenBank предоставлены для каждого вида.

Итак, конкретные виды Бифидобактерий (Bifidobacteria spp.) принадлежат к роду Bifidobacterium, из семейства Bifidobacteriaceae в отряде Bifidobacteriales, принадлежащему к типу Актинобактерий (Actinobacteria)

Актинобактерии распространены и обильны в желудочно-кишечном тракте человека. Они также известны как грамположительные бактерии с высоким содержанием гуанина и цитозина ( G + C ) в их ДНК. Поскольку их особенно трудно лизировать, а их малая субъединица рибосомной РНК ( SSU rRNA ) нуждается в специфических ПЦР-праймерах для амплификации (Satokari et al., 2001), эта группа бактерий часто недостаточно представлена в молекулярных исследованиях желудочно-кишечной микробиоты (особенно в одном из первых глобальных исследований микробиоты младенцев; Palmer et al., 2007). Члены отрядов Bifidobacteriales (в частности, Bifidobacterium spp.) и Coriobacteriales (в основном, Collinsella spp.) широко распространены уже с молодости.

Бифидобактерии Bifidobacterium spp. образуют доминирующую фракцию желудочно-кишечной микробиоты человека, особенно у младенцев (Benno et al., 1984). Бифидобактерии присутствуют в количестве от 10 8 до 10 10 клеток на 1 г кишечного содержимого (Finegold et al., 1974; Moore & Holdeman, 1974a; Tannock, 1995). Большинство видов Bifidobacterium spp. были получены исключительно из желудочно-кишечных проб человека или животного, и для двух видов (B. minimum and B. subtile), которые были выделены из сточных вод (Scardovi & Trovatelli, 1974), можно предположить кишечное происхождение, что свидетельствует о высокой адаптации этого рода в желудочно-кишечном тракте. Филогенетически, Bifidobacterium spp. образуют однородную группу, с 20 культивируемыми* видами, связанными с желудочно-кишечным трактом человека (см. рис.5).

Первый Bifidobacterium был извлечен из детского кала в 1900 году Анри Тиссье, как часть его докторской диссертации (Tissier, 1900). Он был назван Bacillus bifidus-communis. Уже в 1924 году эта бактерия была переименована в Bifidobacterium bifidum, но Bifidobacterium не был признан в качестве самостоятельного рода до 1974 года (Biavati et al., 2000). Членами рода Bifidobacterium являются неподвижные, анаэробные или микроаэрофильные бактерии, которые продуцируют ацетат и лактат в качестве основных продуктов ферментации из сахаров. Разложение сахаров этими бактериями осуществляется через путь фосфокетолазы, также известный как шунт Bifido. Bifidobacterium spp. разлагают моносахариды, галакто-, манно- и фруктоолигосахариды, в то время как некоторые штаммы способны ферментировать сложные углеводы, такие как крахмал, арабиногалактан, гуммиарабик и желудочный муцин (Crociani et al., 1994). Поскольку материнское молоко содержит неперевариваемые олигосахариды, которые могут разлагаться Bifidobacterium spp. (Marcobal et al., 2011), эта бактериальная группа сильно стимулируется у вскармливаемых грудью детей, что приводит к доминированию Bifidobacterium spp. в желудочно-кишечной микробиоте до отъема. Предполагается, что Bifidobacterium spp. оказывают благотворное влияние на здоровье (Mitsuoka, 1990), а некоторые представители рода Bifidobacterium коммерчески применяются в качестве пробиотиков. Наиболее значимым наблюдением является то, что эти бактерии имеют уменьшенную численность в связи с рядом заболеваний, включая дефицит витамина К (Benno et al., 1985), атопические заболевания (Kalliomaki et al., 2001), синдром раздраженного кишечника (Kerckhoffs et al. , 2009; Rajilic-Stojanovic et al., 2011) и аутизм (Wang et al., 2011a). Кроме того, Bifidobacterium spp. представляют собой очень стабильный компонент желудочно-кишечной микробиоты каждого человека, состав которого практически не изменяется на протяжении многих лет (Rajilic-Stojanovic et al., 2013b). Примечательно, что недавнее исследование микробиоты племени хазда из Танзании показало, что эти взрослые охотники-собиратели не несут никаких видов Bifidobacterium, что объясняется отсутствием таких пищевых компонентов, как мясо и молочные продукты, которые могли бы поддерживать рост этих бактерий (Schnorr et al. al., 2014).

*По последним данным видов установлено более 50 (см.: Martinez, F.A.C. Bacteriocin production by Bifidobacterium spp. A review. / F. A. C. Martinez, E. M. Balciunas, A. Converti, P. D. Cotter, R. P. de Souza Oliveira // Biotechnol. Adv. – 2013. – Т. 31. – № 4. – C. 482–488.)

Источник доп. информации: Rajilic-Stojanovic M, de Vos WM. The first 1000 cultured species of the humangastrointestinal microbiota . FEMS Microbiol Rev. 2014; 38: 996–1047 (текст PDF на английском языке)

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

Морфология стволовых клеток Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

У человека развитие органов кроветворение, в частности красного костного мозга , не завершается к моменту рождения. Одним из важных моментов в постнатальном развитии красного костного мозга является характер питания новорождённых. Последние годы огромная работа проводится по исследованию стволовых клеток. В ней доступной форме раскрыты данные о свойствах стволовых клеток, о разновидностях их как в эмбриональном периоде, так и у взрослого организма. Применение стволовых клеток, выделенных из пуповинной крови плода человека привело к сенсационному успеху в лечении онкологических заболеваний крови и ряда соматических болезней. В работе освещены главным образом теоретические основы учения о стволовых клетках и перспективы применения их в медицине.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Морфология стволовых клеток»

УДК 616.36-036.12-089.819.843 ББК 52. Р2

МОРФОЛОГИЯ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК

ПОРСОЕВ Ж.А. БухГМИ, Бухара, Узбекистан

У человека развитие органов кроветворение, в частности красного костного мозга, не завершается к моменту рождения. Одним из важных моментов в постнатальном развитии красного костного мозга является характер питания новорождённых. Последние годы огромная работа проводится по исследованию стволовых клеток. В ней доступной форме раскрыты данные о свойствах стволовых клеток, о разновидностях их как в эмбриональном периоде, так и у взрослого организма. Применение стволовых клеток, выделенных из пуповинной крови плода человека привело к сенсационному успеху в лечении онкологических заболеваний крови и ряда соматических болезней. В работе освещены главным образом теоретические основы учения о стволовых клетках и перспективы применения их в медицине.

Ключевые слова: морфология, стволовые клетки, красный костный мозг, пуповинная кровь.

Актуальность. Учение о стволовых клетках вызвано практическим применением их не только в медицине для лечения различных заболеваний, но также широким использованием их в настоящее время в косметологии в качестве “прививки молодости”. Первые опыты, проведённые в 1960 годах показали, что при инъекции стволовых клеток, полученных из абортивного материала эмбрионов человека, обнаруживался отчётливый “омолаживающий” эффект. При этом люди чувствовали себя полными сил, энергии, значительно улучшалась их работоспособность, сглаживались морщинки на коже лица, они выглядели на 10 лет моложе. Имеются сведения, что в 70-х годах в бывшем СССР делали “прививки молодости” пожилым членам политбюро КПСС, вводя им 2-3 раза в год препараты стволовых клеток. В настоящее время существуют много лабораторий, способных заниматься клеточными

технологиями, хотя такие методы требуют больших материальных затрат [1, 4, 6, 9-11].

Понятие “стволовая клетка” – (stem cell), появилось относительно недавно – в 60 годы двадцатого столетия, хотя первое упоминание о стволовых клетках отмечается в работах великого русского гистолога Максимова А.А., который в 1908 году впервые ввел термин “стволовые клетки”. Стволовые клетки, хотя до настоящего времени морфологически до конца не идентифицированы, они выглядят как обычные клетки, хотя обладают рядом

отличительных свойств. Стволовые клетки -иерархия особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии дифференцироваться особым образом, получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка, способная выполнять определенную функцию. Стволовые клетки могут давать начало любым клеткам организма: и кожным, и нервным, и клеткам крови или клеткам костной ткани и др. Сначала полагали, что во взрослом организме таких клеток нет, и существуют они лишь в самом раннем периоде эмбрионального развития.

Среди наиболее важных свойств стволовых клеток необходимо отметить следующие:

– стволовые клетки способны к ассиметричному делению. При обычном делении клетки, образуются две равноценные дочерние клетки, которые в дальнейшем дифференцируются в определённом направлении. При делении стволовых клеток образуются две неравноценные дочерние клетки, одна из них дифференцируется как обычная клетка, другая сохраняет свойства стволовых клеток и способна поддерживать необходимый пул клеток. Благодаря таким уникальным свойствам стволовых клеток формируется самоподдерживающая система клеток, которая способна пополнять необходимое количество клеточной массы. Необходимо отметить, что в реальной жизни деление стволовых клеток происходит достаточно мало, ибо основное число клеток

образуется из дифференцирующихся дочерних клеток. Необходимо отметить, что стволовые клетки способны к неограниченному делению.

Одним из уникальных свойств стволовых клеток – это возможность их превращаться в любые виды клеток организма человека, что получило название их тотипотентность. Тотипотентностью обладают тёмные бластомеры бластоцисты эмбриона человека, т.н. тёмные бластомеры. Они могут давать начало клеткам всех эмбриональных листков. Вместе с тем, клетки эктодермы, энтодермы или мезодермальных структур, несколько ограничены в дальнейшей дифференцировке, и они способны образовывать ткани, происходящие из этих эмбриональных листков. Такое свойство получило название полипотентность. Например, мезенхимные клетки могут давать как клетки крови, так и хрящевые и костные клетки.

Важное значение применения стволовых клеток в медицинских целях прежде всего связано почти полным отсутствием иммунологических свойств, т.е. они почти не “узнают” хозяина и при введении в любой организм человека полностью встраиваются в клетки ткани, не вызывая иммунологической несовместимости. Это обстоятельство открывает широкие перспективы применения их при различных заболеваниях.

Одним из удивительных свойств стволовых клеток – это их способность самим находить поражённый орган и встраиваться в их клеточную массу. Такая способность их, получило название – хоуминг [1, 2, 4].

Стволовых клеток в нашем организме очень мало у эмбриона – 1 клетка на 10 тысяч, у человека в 60-80 лет – 1 клетка на 5-8 миллионов. В настоящее время доказано наличие стволовых клеток практически во всех органах взрослых животных и человека. Стволовые клетки можно выделять и растить в культуре ткани. При этом образуются шарообразные клеточные ассоциации -скопления эмбриональных клеток называют эмбриоидными телами, а нейральных-нейросферами. Обнаружить стволовые клетки можно с помощью специальных методов. На разных стадиях развития клетка синтезирует отдельные белки, являющиеся маркерами определенных структур. Например, стволовые клетки, направленные в сторону нейральных структур, синтезируют белок нестин, в дальнейшем в них появляются белки, входящие

в состав нейрофиламентов, вз-тубулины, энолаза и др. Когда клетка специализируется в сторону глиальных структур, в них выявляются такие маркеры как глиальный фибриллярный кислый белок, белок 8-100 и другие. Эти белки при помощи иммуногистохимической техники метят флюоресцирующими красителями, которые позволяют отчетливо обнаруживать их под микроскопом [4, 5].

Рис. 1. Современная схема кроветворения

Ещё в конце 60 годов прошлого столетия были открыты родоначальные клетки костного мозга, которые по данным Фриденштейна А. и Черткова И. способны давать все типы клеток крови. Это позволило широко применять трансплантацию костного мозга для лечения тяжелых заболеваний системы крови, в частности лейкозов. Стало широко применяться аутологичные стволовые клетки, выделенные из пуповинной крови. В 1998 году ученые нашли способ выращивать стволовые клетки в питательной среде. Еще одно обстоятельство открыло широкие пути применения стволовых клеток. Было установлено, что стволовые клетки даже при длительном хранении в течение 15 лет в жидком азоте, полностью сохраняют свои биологические свойства. Это позволило создать мировую коллекцию стволовых клеток пуповинной крови и банк стволовых клеток в 2005 году уже включал более 400 000 образцов. Криогенное хранение стволовых клеток стало рассматриваться как “биологическая страховка” от различных заболеваний. Криогенное хранение в настоящее время стало широко применяться и для целей ЭКО. Имеются

сообщения, что для этих целей использовались яйцеклетки, которые в течение 10 лет хранились с помощью криогенной техники [7].

Рассмотрим вкратце разновидности стволовых клеток. Различают эмбриональные стволовые клетки и стволовые клетки взрослых или соматические стволовые клетки.

Эмбриональные стволовые клетки образуются из внутренней клеточной массы на ранней стадии развития зародыша -бластоцисты. Зародыш человека достигает стадии бластоцисты на 4-5 дней после оплодотворения, бластоциста человека состоит из 50-150 клеток. Эмбриональные стволовые клетки являются тотипотентными, что означает возможность их дифференцировки во все три первичных зародышевых листка: эктодерму, энтодерму и мезодерму. Таким образом образуются более 220 видов клеток. Свойство тотипотентности отличает эмбриональные стволовые клетки от полипотентных клеток, которые могут дать начало лишь ограниченному количеству видов клеток. В настоящее время плюрипотентные клетки выделяют

непосредственно из внутренней клеточной массы эмбриона человека на стадии бластоцисты. Сам эмбриональный материал получали в больших количествах в клинических, а не исследовательских целях для осуществления экстракорпорального

оплодотворения, всякий раз спрашивая разрешение на его использование у обоих доноров. Клетки внутренней клеточной массы культивировали и получали линию плюрипотентных клеток. Другая группа исследователей выделяла плюрипотентные клетки из ткани плода. Разрешение на это давалось обоими супругами уже после того, как они сами решили прервать беременность. Клетки отбирались из той части плода, которая должна была развиться в яичники или семенники. Одно из самых впечатляющих применений плюрипотентных клеток человека -это так называемая “клеточная терапия”. Многие заболевания человека обусловливаются нарушением функционирования клеток или целых органов и сегодня для устранения дефекта в таких случаях используется метод трансплантации. Плюрипотентные клетки, стимулированные к дифференцировке с образованием строго специализированных клеток, могут служить возобновляемым источником не затронутых поражением клеток,

замещающих выбывшие из строя дефектные клетки [1, 2, 4-6].

Наиболее перспективными и в этическом отношении наиболее доступными являются стволовые клетки, полученные из плацентарной крови пуповины. Имеются многочисленные данные об использовании стволовых клеток, полученных из пуповинной крови в качестве источника гемопоэтических стволовых клеток [3]. Следует отметить, что в пуповинной крови содержится достаточно большое количество клеток-предшественников для успешного приживления трансплантата у детей и некоторых взрослых. В настоящее время накоплен достаточный опыт по лечению различных заболеваний крови путем использования стволовых клеток пуповинной крови.

Стволовые клетки взрослого организма. Полипотентные стволовые клетки

присутствуют в некоторых тканях взрослого организма. Они служат источником клеток различных тканей, естественным образом выбывающих из строя. Эти клетки обнаружены не во всех типах тканей. В данной группе различают следующие разновидности стволовых клеток:

– гемопоэтические стволовые клетки, способные давать все виды клеток гемопоэтической линии in vitro и поддерживать образование этих клеток в течение всей жизни человека. Гемопоэтические стволовые клетки широко использовались для ауто- и аллотрансплантаций в течение десятилетий, хотя мало известно об их миграции, выживании, самообновлении и дифференциации.

До недавнего времени стволовые клетки костного мозга считали специфичными для гемопоэза. Эксперименты, включающие клинические испытания, показали образование различных тканей, например, мышечных, нервных клеток, гепатоцитов после трансплантации костномозговых клеток и опровергли эту догму. Таким образом, гемопоэтические стволовые клетки способны образовывать не только клетки крови, но и другие типы клеток. В настоящее время создаются способы, увеличивающие выход гемопоэтических стволовых клеток из костного мозга, которые являются важнейшим источником получения собственных стволовых клеток [7].

– мезенхимальные стволовые клетки, изолированные из костного мозга, надкостницы,

трабекулярной кости, жировой ткани, синовиальной оболочки, скелетной

мускулатуры и молочных зубов. Эти клетки соединительной ткани, включая кость, жир, хрящ и мускулатуру. Они вызвали большой интерес из-за перспективы их использования в регенеративной медицине и тканевой инженерии. Имеются много примеров предклинического и клинического применения мезенхимных стволовых клеток, которые иллюстрируют их терапевтическую ценность.

– стромальные стволовые клетки являются одним из видов мезенхимальных стволовых клеток. Костный мозг взрослых млекопитающих содержит, как предполагают, не одну, а две отдельные популяции взрослых стволовых клеток. Первая из них это – гемопоэтические стволовые клетки, ответственные за поддержание продукции клеток крови в течении всей жизни. Биологическая характеристика и свойства второй резидентной популяции стволовых клеток костного мозга, называемых стромальными или мезенхимальными стволовыми клетками, значительно менее известно. In vitro – культура клеток, полученных

из суспензии клеток костного мозга образуют колонии стромальных клеток костного мозга, каждая из которых происходит от одной клетки предшественника, называемой

колониеобразующий фибробласт. При выращивании стромальных клеток костного мозга – in vitro, они сохраняли способность дифференцироваться в кость, жир и хрящ. Таким образом, стромальные стволовые клетки -мультипотентные клетки взрослого организма, образующие строму костного мозга, имеющие мезенхимальное происхождение.

Касаясь практической значимости исследований, посвящённых использованию стволовых клеток в медицинских целях необходимо подчеркнуть их важное значение, порою носящий сенсационный характер [6, 8]. Использование клеточных технологий открывает новые перспективы в лечении таких тяжёлых заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также при многих формах паралича и ранее неизлечимых аутоиммунных заболеваний – это наиболее актуальные направления научных и клинических исследований.

1. Владимирская Е.Б. Биологические основы и перспективы терапии стволовыми клетками /Е.Б. Владимирская, О.А. Майорова, С.А. Румянцев. – М., 2005. – 392 с.

2. Каримов Х.Я. Перспективы и возможности использования плацентарной крови – как источника гемопоэтических стволовых клеток в Узбекистане /Х.Я. Каримов, А.М. Курязов, К.Т. Бобоев //Мед. журнал Узбекистана. – 2011. – №1. – С. 53-59.

3. Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития /Л.И. Корочкин. -М., 2002. – 375 с.

4. Ткачук В.А. Стволовые клетки и регенеративная медицина /Под ред. В.А. Ткачука. – М., 2012.

5. Lauber S. The Maunheim Cord Blood Bank. Experiences and Perspectives for the Future / S. Lauber, M. Latta, H. Kluter et al. // Transfus. Med Hemother. – 2010. – №37 (2). – P. 90-97.

6. Srivastava R.K. Stem cells and Human Diseases /R.K. Srivastava //Shancar Sharmila. – 2012.

MORPHOLOGY OF STEMCELLS

PORSOYEVJ.A. BukhSMI, Bukhara, Uzbekistan

Keywords: morphology, stem cells, red marrow, umbilical blood.

Описание элементов сыпи

Для стандартизации описания кожных высыпаний была разработана исчерпывающая терминология, включающая:

Сыпь является общим термином для обозначения временных высыпаний на коже.

Поперечное сечение кожи и кожных структур

Тип поражения (первичная морфология)

Пустулы – это пузырьки, заполненные гноем. Пустулы часто встречаются при бактериальных инфекциях и фолликулите и могут возникать при некоторых воспалительных заболеваниях, включая пустулезный псориаз Подвиды псориаза .

Крапивница Крапивница Крапивница включает мигрирующие, четко очерченные, эритематозные зудящие бляшки на коже. Крапивница также может сопровождаться ангионевротическим отеком, который является следствием активации. Прочитайте дополнительные сведения представляют собой возвышающиеся высыпания, возникающие в результате локального отека. Такие высыпания характеризуются зудом и покраснением. Волдыри являются частым проявлением реакций гиперчувствительности на лекарственные препараты, укусы насекомых или животных, аутоиммунных реакций и реже реакций на физические факторы, включая температуру, давление и солнечный свет. Типичный уртикарный элемент существует &lt 24 часов.

Эрозии – это дефекты кожи, возникающие в результате потери части или всех слоев эпидермиса. Эрозии могут возникать при травме или могут наблюдаться при различных воспалительных или инфекционных заболеваниях кожи. Экскориация является линейной эрозией, возникающей в результате царапания, трения или ковыряния кожи.

Пурпура – это крупный участок геморрагии, который может быть ощутимым при пальпации. Пальпируемая пурпура считается признаком лейкоцитокластического васкулита. Пурпура может указывать на наличие коагулопатии. Крупные пурпуры можно называть экхимозами или, разговорно, синяками.

Рубцы – это участки фиброза, замещающие нормальную ткань после травмы. Некоторые рубцы становятся гипертрофическими или утолщаются и приподнимаются над кожным покровом. Келоидные рубцы Келоидные рубцы Келоидные рубцы – это разрастания соединительной ткани, возникающие в месте травмы (например, рваной раны, хирургического рубца, акне на туловище) или иногда спонтанно. Келоидные рубцы чаще. Прочитайте дополнительные сведения – это гипертрофические рубцы, выходящие за пределы краев исходнго дефекта кожи.

Конфигурация поражений (вторичная морфология)

Конфигурация – это форма элементов сыпи и их группировка.

Морфология стволовых клеток Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Морфология бифидобактерий

МОРФОЛОГИЯ и СИСТЕМАТИКА БИФИДОБАКТЕРИЙ

Морфология бифидобактерий

ВИДЫ (ТИПОВЫЕ ШТАММЫ) БИФИДОБАКТЕРИЙ

История систематики бифидобактерий (таксономия)

Морфология стволовых клеток Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Порсоев Ж.А.

Текст научной работы на тему «Морфология стволовых клеток»

Описание элементов сыпи

Поперечное сечение кожи и кожных структур

Тип поражения (первичная морфология)

Конфигурация поражений (вторичная морфология)

Related posts: