Статья посвящена изучению механизмов иммунного ответа на стрептококковые инфекции и применению бактериофагов в лечении заболеваний полости рта. В работе подробно рассматриваются патогенные механизмы этих микроорганизмов, которые способствуют их выживанию в организме человека и преодолению иммунной защиты. Особое внимание уделяется факторам патогенности, таким как адгезия, колонизация, выработка токсинов и ферментов, а также способности стрептококков адаптироваться к условиям окружающей среды. Описан процесс взаимодействия Т-хелперов 2-го типа (Th2, CD4+) с B-лимфоцитами, их созревание до плазмоцитов и секреция IgA, которые связываются с антигенами на слизистой оболочке и способствуют фагоцитозу патогенов. Рассмотрены принципы действия бактериофагов, их специфичность в уничтожении патогенных бактерий, таких как Streptococcus mutans, без нарушения нормальной микрофлоры. Подчеркнуты преимущества бактериофаготерапии, включая разрушение биопленок и отсутствие дисбактериоза, в отличие от антибиотиков. Однако отмечены ограничения, такие как высокая специфичность фагов, необходимость точной диагностики и строгих условий хранения. Приведены примеры успешного применения фаговой терапии в стоматологии, включая снижение воспаления при пародонтите и предотвращение кариеса. Обсуждаются перспективы разработки модифицированных фагов и комбинированной терапии с антимикробными препаратами. В то же время подчеркивается необходимость дальнейших исследований для стандартизации, оценки безопасности и долгосрочных последствий фаготерапии, а также ее влияния на микробиоту человека и организм в целом.
Ключевые слова : Streptococcus mutans, salivarius, sanguinis, патогенность, факторы патогенности, иммунологический аспект, иммунитет, бактериофаги.
Бактерии рода стрептококки из семейства Streptococcaceae являются шаровидными или овальными грамположительными факультативно-анаэробными бактериями диаметром менее 1–2 мкм расположенных попарно или в виде цепочки. Они присутствуют на поверхности слизистой оболочки тела человека так как стрептококки являются мезофилами и оптимальная температура для их существования является 36–37°, а pH среда должна быть нейтрально — 7,2–7,4. Большее количество штаммов абсолютно неподвижны. Стрептококки являются представителями нормофлоры биоценоза различных органов и систем человека таких как верхние дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, мочеполовая система и кожа; также они условно-патогенные и, при снижении иммунитета, вызывают местные воспалительные процессы с локализацией в вышеперечисленных системах. В стоматологии стрептококки вызывают заболевания в зубочелюстной и ротовой области — это кариес, периодонтит, периостит, тонзиллит, пародонтит, стоматит, пульпит, гингивит, абсцессы и флегмоны. [1,2]
Виды стрептококков
Состав стрептококков в нормобиоте человека: S. mitis, S. salivarius, S. massiliensis, S. bovis, S. mutans, S. oralis, S. infantis, S. pyogenes, S. sanguinis, S. para sanguinis, S. gordonii, S. cristatus, S. peroris, S. australis, S. sinensis, S. orisratti, S. oligo fermentans, S. pseudo pneumoniae и S. pneumoniae.
В человеческом организме сосуществует большое количество стрептококков, но рассмотрим представителей, которые вызывают кариес зубов. Основными кариесогенными бактериями является S. mutans, S. salivarius, S. Sanguinis. В нормальной биологической пленке содержание микроорганизмов равна 1 %, но в кариозных дефектах их значение возрастает до 40–50 %. Группа S. mutans включают в себя S. mutans, S. ratti, S. hyovaginalis S. downei, S. ferus, S. sobrinus, S. criceti, S. macacae, и S. devriesei. S. mutans и S. sobrinus, являются этиологическими агентами кариесогенеза, также они самые распространенные стрептококки этой группы. Имея биохимические свойства, они синтезируют внеклеточные полисахариды из сахарозы, что позволяет стрептококкам обеспечить адгезивные (прикрепление к зубам), размножающие (обеспечивая благоприятную среду и увеличение стабильности матрикса) и колониальные свойства с последующим образование зубных бляшек и начало деминерализации эмали. Локализируются, в частности, в областях между двумя зубами апроксимальная поверхность, в естественных слепых ямках и фиссурах, пришеечная область. Менее встречаемыми являются S. ratti, S. downei, S. criceti. Группа S. salivarius относит к себе два вида S. salivarius и S. vestibularis. Они выполняют роль колонизационную резистентность, также способны ингибировать налет на зубах совместно с ферментом уреазой. Это при условии нормального микробного баланса. Группа S. salivarius тоже производит внеклеточные полисахариды, но в гораздо меньшей степени чем группа S. mutans. Производимый ими полисахарид используется другими бактериями создавая благоприятные условия и сдвигая кислотно-щелочной баланс. S. sanguinis входит в группу S. mitis в эту группу также входят S. sinensis, S. orisratti, S. gordonii, S. cristatus, S. peroris, S. australis. S. sanguinis как и S. salivarius косвенно способствует кариесогенезу — это изменение баланса, образование биопленке где S. sanguinis взаимодействует с другими кариесо образующими бактериями. Локализация S. salivarius колонизирует поверхность языка, S. sanguinis встречается на спинке языка, эти биотопы являются аэробной средой, для факультативных анаэробов данные области поддерживаются лучше так как среда имеет позитивно окислительно-восстановительным потенциалом. [2]
Классификация.
Стрептококков в основном классифицируют по типу гемолиза на кровяных агарах. Определяют степень лизиса эритроцитов и подразделяют на три типа:
- α-гемолитические — вызывают частичный или неполный гемолиз и имеют зеленящий цвет. Одним из значимых представителей альфа-гемолитических стрептококков является: S. mutans, S. salivarius, S. Sanguinis хотя они и вызывают гемолиз, их основная роль является производство кислот. Также к Альфа-гемолитическим относится пневмонии и менингита S. pneumonia, S. thermophilus который применяется в приготовлении молочных продуктов.
- β-гемолитические — тут происходит полный лизис эритроцитов, цвета не имеют; они прозрачны. Исходя из источника Бета участвуют в классификации Ребекки Лэнсфилд или серологические группы основана на наличии С-полисахаридов в клеточную стенку и наличие антигенных различий в углеводах клеточной стенки: Серогруппа А — S. pyogenes, Серогруппа В — S. agalactiae, Серогруппа С — встречается в основном у животных.
- γ -гемолитические — гемолиз не произошел. [9,10]
Патогенность.
Патогенность имеет основные факторы к ним относятся: факторы распространения, адгезии, колонизация, защиты, вирулентности, токсины, инвазии. Вирулентностью считается степень патогенности конкретного микроорганизма и измеряется в том минимальном количестве смертельной дозы в одном мл.
К фактору распространения относятся: ферменты, к примеру у кокковых это гиалуронидаза, лецитиназа, протеиназы, ДНКаза, щелочная фосфатаза; жгутики и ундулирующая мембрана, но стрептококки не обладают ими. [4,5]
Фактор адгезии (способность прилепляется к клеточной стенке макроорганизма) и колонизации (способность размножаться и размещатся на поверхности клеток) к ним относятся: адгезины — липотейхоевая кислота и экзотоксины — гемотоксины, лейкоцидин, энтеротоксин у стрептококков. Важную роль в факторе адгезии и колонизации участвует фибронектин-связывающий белок, который синтезируется всеми видами стрептококков. Этот белок связывает к фибронектину внеклеточного матрикса, что обеспечивает связь цепи стрептококков с клетками хозяина. Благодаря перечисленным адгезинам сам процесс проходит быстро: за 5 минут количество стрептококков на 1см^2 увеличивается с 10^3 до 10^6, но впоследствии скорость снижается и в течение 8 часов остается стабильной. Спустя пару дней количество бактерий насчитывается около 10^8, следственно образуется зубной налет, а далее формирование бляшки. [3,4,5]
Защитные — это капсула, но только малое количество стрептококков могут образовать ее из полисахаридов или гиалуроновой кислоты, она обладает антифагоцитарным свойством; и гидролитические ферменты — гиалуронидаза, стептокиназа, ДНКаза, липаза, протеаза, нейроминидаза, варьируются от штамма, не все продуцируют полный набор ферментов.
Токсины — это вышеперечисленные экзотоксины и эндотоксины, выделяемые клеткой в случай гибели. [4,5]
Устойчивость к антибиотикам затрудняет лечение заболеваний, штаммы рода Streptococcus одновременно обладают устойчивость к пенициллину, эритромицину [4], объясняется наличием плазмидов. Плазмиды это внехромосомный фактор наследственности, автономным репликатором. Существует несколько его видов, но за резистентность к антибиотикам отвечает R-плазмид (resistance) обусловлено наличием несущего гена, кодирующего ферменты разрушающие антибиотики и последующая их передача. Самыми распространенными считается бета-лактамаза, ферменты инактивации разных видов антибиотиков. [6]
Иммунологический аспект стрептококковых инфекций
Механизм противомикробной защиты делятся на: неспецифические и специфические.
Неспецифические: Процессы, не зависящие от распознавания антигенной структуры к ним, относятся: Слизистая, подслизистая, слюна, пелликула зуба, эмаль, дентин. Слизистая оболочка полости рта защищает организм от антигенов так как является барьерной тканью предотвращая колонизацию бактерий благодаря эпителиальное, мукозальной подслизистой и одна из первых встречается с большинством агентов, вследствие чего и формируется иммунный ответ в виде воспаления. При жевании пищи и приёме жидкости происходит механическое очищение поэтому кариес на буграх (6 по блеку) самый не распространенный. Также вне приёма пищи очищение происходит за счет слюны, постоянный ее ток вымывает бактериальную флору, нельзя забывать и о pH слюны, слабо щелочная, что создает неблагоприятные условия, ведь стрептококки предпочитают кислую среду и если не произойдет снижения pH и выделяемого объема слюны (в сутки 1,5–2 литра), бактерии не будут проявлять сильной патогенности. Как сказано выше стрептококки является часть нормобиоты полости рта и при отсутствии признаков патогенности и сохранении бактериального баланса не формируется воспалительный процесс.
Гуморальную неспецифическую защиту в полости рта обеспечивает слюна, в которой содержатся ферменты лизоцим, лактоферрин, каталаза, глютатионредуктаза, муцины.
Лизоцим — низкомолекулярный белок, растворимый в воде, его свойство заключается в способности расщеплять гликозидные связи. Также участвует в регенерации и регулирует проницаемость тканевых барьеров.
Лактоферрин — железосодержащий белок, оказывает бактериостатическое действие, которое обеспечивается его способностью забирать железо.
Пероксидаза — в комплексе с перекисью водорода оказывает бактерицидное действие.
Каталаза — катализирует разложение перекиси водорода нейтрализуя ее. Оказывает вспомогательный эффект удаляя перекись, продуцируемую бактериями, препятствуя ее накоплению она предотвращает повреждение эпителиальных клеток.
Глутатионредуктаза — также оказывает вспомогательный эффект, защищая клетки от окислительного стресса, который является продуктом активности бактерий, поддерживая целостность слизистой.
Муцины — обеспечивают защиту барьера благодаря агглютинирующим способностям. [3,7]
Специфические: Комплекс механизмов, с помощью которых происходит распознавание и уничтожение чужеродного антигена. Делятся на гуморальные Ig-иммуноглобулины и клеточные T и B лимфоциты.
Клеточный: при нарушении барьера бактериями, продуктами их жизни деятельности и распада они начинают распознаваться АПК (антигенпрезентирующая клетка — макрофаги, B-лимфоциты, дендритные клетки), после связи с агентом посредством: рецепторов распознающим паттерн они стимулируют эндо- и эпителиальных T, B-лимфоцитов, макрофагов, нейтрофилов по средством выработки цитокинов. [7] Также макрофаги и фибробласты имеют ферменты расщепляющие белково-полисахаридные молекулы на фрагменты, несущие специфические антигенные детерминанты — эритопы. Они фиксируются белками и выводятся на мембрану макрофага. Которые распознаются T-хелперами благодаря специфическим рецепторам к определенным антигенам, находясь на слизистой и подслизистой оболочках рта.
Гуморальный: согласно исследованию у людей, с кариесом был повышенный уровень общий IgG (9.9 мг/децилитр у контрольной группы 6.7 мг/дл) и IgA (1.8 мг/дл у контрольной группы 1 мг/дл). Был обнаружен высоки уровень специфического для стрептококков IgA в слюне у 75 % людей с кариесом. Специфический уровень IgG в сыворотке был повышен чем в слюне. IgM в слюне и сыворотке не отличался от людей с кариесом и контрольной группы [8].
После распознавания антигена Т-хелперы в особенности Т-хелперы 2 типа (Тh2, СD4+) взаимодействуют с B-лимфоцитами, после чего последние направляются в лимфатические узлы, где Тh2-клетки стимулируют и В-лимфоциты досозревают до стадии плазмоцитов и секретируют IgA. Антитела поступают в кровь, далее взаимодействует с эпителиоцитами слизистой оболочки и связываются с антигенами и выделяются на поверхность слизистой. Далее IgA распознается фагоцитами и вместе с агентом фагоцитируется.
Бактериофаготерапия в лечении стрептококковых инфекций
Принцип действия бактериофагов. Бактериофаги это вирусы способные специфически убивать бактерии. Их специфичность обусловлена точечным воздействием на определенную патогенную (мишень) бактерию и не задевают другую микрофлору. Они прикрепляются к клеточной стенке своей мишени имеющие специальные рецепторы. Далее бактериофаги вводят ДНК или РНК в бактерию, там генный материал и вирусные частицы реплицируется. После завершения репликации новые фаги лизируют клеточную стенку бактерии, фаги высвобождаются и начинают инфицировать остальные бактерии. [11]
Преимущества и недостатки использования бактериофагов в стоматологии. Streptococcus mutans основная кариесогенная бактерия, бактериофаги эффективны против неё благодаря способности разрушать биоплёнку. Этот фактор делает бактериофагов незаменимым инструментом в лечении инфекционных заболеваний ротовой полости. Бактериофаги имеют существенное преимущество над антибиотиками в том, что они не вызывают дисбактериоз так как у антибиотиков большой спектр поражения, что и вызывает дисбактериоз тем, что помимо патогенных бактерий поражает и обычную флору, а фаги только мишени и могут комбинироваться с терапевтическими методами для усиления эффекта. [13]
Однако у бактериофагов есть ограничение. Оно заключается в его высокой специфичности, для которой необходимо точная диагностика возбудителя перед началом лечения, без обнаружения конкретного возбудителя невозможно подобрать точный фаг, и он не будет действовать, к сожалению, фагов общего спектра пока не найдены. Помимо этого, фаги требуют соблюдения строгих условий хранения для стабильной их работы. Исследования реакции иммунитета на фаги и развитие резистентности к фагам проводятся по сей день. [12]
Примеры успешного применения бактрериофагтерапии в лечении инфекций полости рта. Одним из примеров можно привести исследование Ганненко А. С., согласно которому при заболевании пародонта возникшее из-за стрептококковой инфекции и последующем воздействием бактериофагов привело к снижению воспаления и ускорению заживлению тканей. [14] Также можно привести исследование Андрея Кропински как было бактериофаги разрушают биоплёнку Streptococcus mutans in vitro и это исследование подтверждает данное высказывание, также бактериофаг снизил риск развития кариеса. [13]
Перспективы и ограничения бактриофаготерапии. Всвязи с тем, что в настоящее время учащается антибиотикорезистентности бактерии, поэтому бактериофаги имеют особое место в медицине, в том числе в стоматологии. Исходя из последних исследований они направлены на улучшение терапевтических свойств фагов, также начало разработки модифицированных фагов для увеличения спектра их воздействия на патогенные микроорганизмы. Следует упомянуть что проводят исследование в комбинировании фагов и антимикробных препаратов для повышения эффективности процедуры. [12]
Тем не менее остаются серьёзные ограничения, связанные с необходимостью стандартизации и регламентации использования бактериофагов в стоматологии. основная проблема фаготерапии — это недостаток данных о последствиях, долгосрочности, безопасности и это требует продолжения клинических исследований. Также требуется исследования влияния на микробиоту человека. [11]
Литература:
- Баландина В. Ю., Пурсанова А. Е., Свириденко А. В. Роль стрептококков в патогенезе заболеваний зубочелюстной системы // Огарёв-Online. 2022. № 12 (181). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/rol-streptokokkov-v-patogeneze-zabolevaniy-zubochelyustnoy-sistemy (дата обращения: 29.04.2025).
- Клиническое значение представителей рода streptococcus при развитии пародонтита / Бажутова И. В., Исматуллин Д. Д., Лямин А. В., Трунин Д. А., Жестков А. В., Разумный В. А. // Инфекция и иммунитет. 2022, Т. 12, № 1, с. 51–58.
- Правосудова, Н. А. Микробиология полости рта: сб. тестов для студентов специальности «Стоматология» / Н. А. Правосудова, В. Л. Мельников, Н. Н. Митрофанова. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2015. — 76 с.
- Соловьянова Н. А., Афонина В. С., Андреева И. С., Пучкова Л. И., Селиванова М. А., Буряк Г. А., Сафатов А. С. Изучение патогенных свойств штаммов кокков, выделенных из образцов атмосферных аэрозолей юга Западной Сибири // Acta Biomedica Scientifica. 2011. № 3–1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/izuchenie-patogennyh-svoystv-shtammov-kokkov-vydelennyh-iz-obraztsov-atmosfernyh-aerozoley-yuga-zapadnoy-sibiri (дата обращения: 29.04.2025).
- Госманов, Р. Г. Микробиология и иммунология: учебное пособие / Р. Г. Госманов, А. И. Ибрагимова, А. К. Галиуллин. — 2-е изд., перераб. и доп. — Санкт-Петербург: Лань, 2013. — 240 с.
- Гигани, О. Б., Плазмиды: монография / О. Б. Гигани, О. О. Гигани. — Москва: Русайнс, 2017. — 153 с.
- Шабашова Н. В., Данилова Е. Ю. Местный иммунитет и микробиота ротовой полости (обзор) // Проблемы медицинской микологии. 2015. № 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mestnyy-immunitet-i-mikrobiota-rotovoy-polosti-obzor (дата обращения: 29.04.2025).
- H Parkash, A Sharma, U Banerjee, S S Sidhu, K R Sundaram Humoral immune response to mutans streptococci associated with dental caries Natl Med J India. 1994 Nov-Dec;7(6):263–6.
- Барон С., редактор. Медицинская микробиология. 4-е издание. Галвестон (Техас): Медицинское отделение Техасского университета в Галвестоне; 1996. Глава 13 Стрептококк
- Бактерии в ЖКТ: нормальная микрофлора и возбудители болезней Streptococcus (стрептококки) gastroscan.ru
- Nelson D. C., Schuch R., Fischetti V. A. Genomic Sequence of C1, the First Streptococcal Phage. J Bacteriol. 2003 Jun;185(11): 3325–32.doi: 10.1128/JB.185.11.3325–3332.2003.
- Górski A., Międzybrodzki R., Weber-Dąbrowska B., et al. Therapeutic potential of phages in autoimmune liver diseases. Clinical and Experimental Immunology. 2018 Apr;192(1):1–6. doi: 10.1111/cei.13092. Epub 2018 Jan 23.
- Kropinski A. M., Clokie M. R. J. Bacteriophages Methods and Protocols, Volume 1: Isolation, Characterization, and Interactions Book 2009
- Ганненко А. С., Мирошниченко В. В., Масимов А. Э. Применение бактериофагов для лечения воспалительных заболеваний пародонта // Проблемы стоматологии. 2020. № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-bakteriofagov-dlya-lecheniya-vospalitelnyh-zabolevaniy-parodonta (дата обращения: 29.04.2025).