Роль микрофлоры в инфекционном процессе

Термин “инфекция” произошел от лат. inficio, infectum – напитывать, окрашивать, заражать, отравлять, портить. Открытие Луи Пастером микроскопических живых существ, способных вызывать брожение и, как вскоре стало ясно, ряд болезней человека, дало импульс к развитию новых областей знания, таких, как микробиология и иммунология.

К наиболее впечатляющим результатам, достигнутым микробиологией и иммунологией, относятся создание вакцин, открытие и внедрение в практику антибиотиков. Достигнутые (и будущие) успехи в борьбе с инфекционными болезнями опираются на понимание сути взаимоотношений между человеком и микроорганизмом – хозяином и паразитом.

Уже на начальных этапах развития микробиологии и учения об инфекционных болезнях возникла практическая необходимость разработки критериев, позволяющих отличать болезнетворные микроорганизмы от "безвредных". Впервые такие критерии, ставшие затем известными под названием постулатов, сформулировал Роберт Кох (24 марта 1882 г.) в докладе “Uber Tuberkulose” на заседании Берлинского физиологического общества. По Коху для доказательства “неслучайного” (причинного) характера связи микроорганизма и болезни необходимо показать, что:

• микроорганизм обнаруживается в каждом отдельном случае конкретной болезни при соответствующих патологических изменениях и клинической картине-

• микроорганизм не выявляется при других болезнях-

• при введении здоровому человеку или животному микроорганизма, выделенного от больного и полученного в чистой культуре, развивается типичная картина болезни.

Некоторое время казалось, что с антропоцентрической точки зрения все микроорганизмы можно разделить на патогенные, удовлетворяющие постулатам Коха, и апатогенные, им не удовлетворяющие. Однако уже вскоре после признания постулатов Коха стало очевидным, что для характеристики наблюдаемых взаимодействий между хозяином и паразитом необходимо ввести дополнительную категорию – “условно патогенные” микроорганизмы, то есть способные вызывать заболевание человека только при определенных условиях. Приблизительно в это же время были заложены основы учения о специфической и неспецифической противоинфекционной резистентности.

Применение теории Дарвина к анализу взаимоотношений микроб – хозяин позволило сформулировать представление о том, что адаптация к существованию бактерий на поверхностях или во внутренней среде многоклеточных организмов, в частности человека, является одним из направлений их эволюции. Поскольку бактерии используют многоклеточные организмы как питательный субстрат, то это может вызвать повреждение и гибель последних. Соответственно для своего сохранения как биологического вида хозяину необходимо выработать механизмы адаптации к существованию в окружении микроорганизмов.

Очевидно, что в процессе естественной истории происходит совершенствование механизмов адаптации к сосуществованию как паразита, так и хозяина.

Постепенно сложилось представление, что все разнообразие микроорганизмов с точки зрения их роли в патологии человека можно разделить на несколько групп.

1. Высокопатогенные микроорганизмы (облигатные патогены), способные проникать во внутреннюю среду организма человека, размножаться в различных его органах и тканях, закономерно вызывать болезни. Под патогенностью микроорганизмов традиционно понимают их способность вызывать болезни человека, а вирулентность рассматривают как степень патогенности. Однако многими авторами эти термины употребляются как синонимы.

2.Микроорганизмы, адаптированные к существованию в нестерильных частях организма человека, связанных с окружающей средой (кожный покров, желудочно-кишечный тракт, верхние отделы дыхательных путей) и составляющие нормальную (эндогенную) микрофлору. Микроорганизмы, входящие в состав нормальной микрофлоры человека, различаются по вирулентности. Так, например, бифидо и лактобактерии практически никогда не вызывают заболеваний человека, другие же, например Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Haemophilus influenzae, являются частыми этиологическим агентами инфекций и относятся к условно патогенным микроорганизмам.

3.Свободноживущие микроорганизмы, в редких случаях попадающие на эпителиальные поверхности хозяина (человека) или в его внутреннюю среду и при выраженных дефектах систем противоинфекционной резистентности вызывающие инфекционные заболевания (Pseudomonas spp., Acinetobacter spp. и др.).

4. Микроорганизмы, не имеющие значения в инфекционной патологии, поскольку условия для их существования в организме человека отсутствуют. К этой группе относится большинство микроорганизмов, обитающих в почве, воздухе и воде.

Приведенная классификация крайне важна с практической точки зрения, поскольку она является основой оценки значимости микроорганизмов, выделяемых из патологического материала в процессе микробиологической диагностики инфекционных болезней. Однако она нуждается в некоторых уточнениях. Речь идет о том, что с точки зрения их вирулентности многие виды условно патогенных микроорганизмов нельзя рассматривать как однородные. Так, у вида бактерий E.coli – одного из наиболее часто встречающихся в организме человека – можно выделить штаммы, обладающие крайне разнообразными свойствами: от комменсалов до штаммов, вызывающих гемолитико уремический синдром или менингиты новорожденных.

К настоящему времени генетические основы этих различий хорошо изучены. Примеров подобной генетической неоднородности по признаку вирулентности можно привести много. С другой стороны, имеются многочисленные примеры, когда генетически отдаленные микроорганизмы имеют сходные механизмы вирулентности.

Таким образом, следует признать, что во многих случаях патогенность не является видовым признаком микроорганизма. В целом происходит определенное “размывание” границ между патогенными, условно патогенными микроорганизмами и комменсалами. Постепенно формируется представление о том, что контакт хозяина и микроорганизма всегда приводит к развитию комплекса генетически запрограммированных процессов как со стороны микро-, так и макроорганизма.

Степень патогенности выражается вирулентностью бактерий, измеряемой условно принятой единицей Dlm (Dosis letalis minima – минимальная летальная доза). Одна Dlm равна наименьшему количеству бактерий, способных вызвать в течение определенного времени гибель не менее чем 80-95% лабораторных животных. Так как животные обладают индивидуальной чувствительностью к патогенному микробу, то в целях более точной характеристики устанавливают минимальную смертельную дозу – Dcl (Dosis certa letalis), от которой должно погибнуть 100% взятых в опыт животных. Наиболее удовлетворяющая требованиям считается Dl50(доза, убивающая половину зараженных животных), иcпользование которой обеспечивает наименьшую ошибку в оценке вирулентности патогенных бактерий и может служить объективным критерием по сравнению с другими единицами вирулентности.

Вирулентность патогенных микроорганизмов теснейшим образом связана с образованием ими экзо-и эндотоксинов, способностью к инвазии (проникновению в организм хозяина), формированием капсульной слизи, а также выделением агрессинов (веществ, подавляющих защитные силы организма).

Внедрение патогенных микробов, нарушающих физиологическое равновесие и физиологические функции макроорганизма, приводит к развитию инфекции. Общими наиболее типичными признаками инфекции являются воспаление, лихорадка, поражение вегетативной и центральной нервной системы, нарушение сердечно-сосудистой и дыхательной функций, а при некоторых заболеваниях появление накожной сыпи. В ходе инфекционного процесса возбудители из первичного очага могут поступать в кровь и разноситься по всему организму, что приводит к развитию сепсиса. При благоприятном течении инфекционный процесс заканчивается выздоровлением. В борьбе с инфекционными заболеваниями существенную роль играют защитные силы организма.

Патогенность. Это потенциальная способность определенных видов микробов вызывать инфекционный процесс. Патогенность характеризуется сложным комплексом болезнетворных свойств микроорганизма, сформировавшихся в процессе исторического развития борьбы за существование и приспособления к паразитированию в организме растений, животных и человека. Патогенность является видовым признаком болезнетворных микробов.

Патогенные микробы как раздражители в большинстве своем характеризуются специфичностью действия- каждый вид способен вызывать определенный инфекционный процесс.

Специфичность инфекционного процесса – весьма важный признак, который проявляется в локализации возбудителей, избирательности поражения тканей и органов, клинической картине болезни, механизмах выделения микробов из организма, формировании иммунитета.

Особенности каждого возбудителя как чрезвычайного раздражителя учитываются при разработке методов клинической и лабораторной диагностики, терапии и профилактики инфекционных болезней.

В специфичности патогенных микроорганизмов и способности вызывать заболевания у определенных видов хозяев огромную роль играют исторически сложившиеся экологические факторы, которые обеспечивают определенный и закономерный характер передачи возбудителя из организма одного индивидуума в организм другого.

Вирулентность. Под вирулентностью подразумевают степень патогенности данной культуры (штамма). Вирулентность, следовательно, является показателем качественного, индивидуальногопризнака патогенного микроорганизма.

Вирулентность патогенных микроорганизмов изменяется под влиянием естественных условий. Ее можно повысить последовательными пассажами через восприимчивых лабораторных животных, а также путем трансформации, трансдукции, конъюгации и фаговой конверсии.

Ослабление вирулентности достигается путем воздействия на микроорганизм различных факторов: защитных сил организма, антимикробных препаратов, высокой температуры, иммунных сывороток, дезинфицирующих веществ, пересевов с одной питательной среды на другую и т.д. Искусственное понижение вирулентности патогенных микробов широко используютпри изготовлении живых вакцин, применяемых для специфической профилактики ряда инфекционных заболеваний.

Вирулентность микроорганизмов тесно связана с генетической функцией, в частности с ауксотрофностью, при наличии у мутантных штаммов дефицита к двум факторам роста вирулентность утрачивается и не восстанавливается, а иммуногенная способность охраняется.

Определенное количество патогенных бактерий, способное вызвать инфекционное заболевание, получило название инфекционной дозы патогенного микроорганизма. Действие малых и больших доз микробов имеет большое значение в развитии инфекционного процесса, в продолжительности инкубационного (скрытого) периода, тяжести и исходе болезни. При благоприятных условиях одна микробная клетка весом 4•10-13 г со скоростью деления 20 минут в течение 6 часов может дать потомство 250000 особей, а через несколько часов количество микробов достигает многих миллиардов, создающих, огромную физиологическую нагрузку для тканей и органов инфицированного организма.

Патогенность и вирулентность микроорганизмов связана со следующими факторами: токсинообразованием, инвазионностью, капсулообразованием, агрессивностью и другими факторами.

Токсинообразование микробов. По характеру образования микробные токсины подразделяют на экзотоксины и эндотоксины. К экзотоксинам относят токсины, продуцируемые возбудителями ботулизма, столбняка, газовой анаэробной инфекции, дифтерии, некоторыми видами шигелл, стафилококков и гемолитических стрептококков.

Экзотоксины освобождаются из клетки и поступаютв окружающую их питательную среду. Они характеризуются резко выраженной токсичностью и действуют на восприимчивый организм в очень малых дозах. Экзотоксины обладают свойствами ферментов, гидролизующих жизненно важные вещества клеток тканей и органов. От момента введения экзотоксина в организм животного до начала заболевания проходит определенный скрытый период, который колеблется от нескольких минут (токсин стафилококков, Сlоstridium septicum) до нескольких часов и суток (ботулинический токсин). Длительный инкубационный период при ботулизме объясняется тем, что проникшие вместе с пищевыми продуктами споры палочки ботулизма прорастают и затем продуцируют экзотоксин. Экзотоксины обладают избирательным фармакологическим действием с поражением отдельных органов и тканей организма.

Активность экзотоксинов детерминируется определенными частями молекул белка – активными центрами, которые представляют собой аминогруппы токсинов, блокирование которых формалином приводит к потере токсичности.

Дифтерийный токсин вызывает некроз тканей в месте введения, повреждает надпочечники и мышцу сердца, столбнячный токсин воздействует на двигательные нервные клетки и т.д. При парентеральном введении экзотоксинов в организм они вызывают образование в крови специфических веществ (антител), способных нейтрализовать эти же токсины.

По своей химической структуре экзотоксины принадлежат к веществам белковой природы. Они малоустойчивы к действию света, кислорода и температуры (разрушаются при 60-80°в течение 10-60 минут, при кипячении – мгновенно), в высушенном состоянии более устойчивы к высокой температуре, свету и кислороду.Добавление к токсину сахарозы также повышает их устойчивость к нагреванию. Под действием 0,3-0,4% формалина и температуры 38-39о дифтерийный экзотоксин в течение 30 дней утрачивает свои токсические свойства и превращается в анатоксин.

Одни экзотоксины (дифтерийный, столбнячный и газовой анаэробной инфекции) разрушаются под влиянием пищеварительных ферментов, вследствие чего они являются безвредными при введении их через рот- другие (ботулинический, токсины Clostridium perfringens и патогенных стафилококков) не разрушаются в желудке и кишечнике и вызывают отравление организма при пероральном введении.

Силу действия токсинов определяют на чувствительных лабораторных животных по Dim и Dl50. Например, 1 Dim дифтерийного токсина представляет собой минимальное его количество, которое при подкожном введении морским свинкам весом 250 г вызывает смерть на 4-е сутки.

Минимальная смертельная доза нативного дифтерийного токсина для морской свинки находится в пределах 0,002 мл, столбнячного токсина для белой мыши – 0,000005 мл, бутулинического токсина для морской свинки – от 0,00001 до 0,000001 мл.

За последние годы столбнячный, ботулинический и дифтерийный токсины были получены в очищенном виде. Очищают их различными методами: коагуляцией в изоэлектрической точке, многократным переосаждением трихлоруксусной кислотой при низкой температуре и рН 4,0, высаливанием сульфатом аммония, адсорбцией различными веществами.

Очищенные токсины характеризуются высокой токсичностью для чувствительных лабораторных животных. Так, например, в 1 мг дифтерийного токсина содержится 40000000 Dim для морской свинки, в 1 мг ботулинического токсина – 1000000000 Dim для белой мыши. Кристаллические токсины обладают еще большей токсичностью.

Возбудители брюшного тифа, паратифов, дизентерии, гонореи, менингита и многие другие патогенные грамотрицательные бактерии не продуцируют экзотоксинов, они содержат эндотоксины. Эндотоксины более прочно связаны с телом бактерийной клетки, менее токсичны, поражают организм в больших дозах, скрытый период у них исчисляется обычно часами, избирательное действие выражено слабо. По химической структуре эндотоксины относятся к фосфолипидо - полисахаридо – полипептидным комплексам. Они термоустойчивы- некоторые эндотоксины выдерживают кипячение и автоклавирование при 1200в течение 30 минут- под влиянием формалина и температуры обезвреживаются частично.

Токсины белковой природы вначале были получены из растений (рицин из семян клещевины, робин из коры акаций) и животных (змеиный яд).

Белковые токсины по характеру взаимоотношения с продуцирующими и клетками состоят из трех групп:

Первая – токсины, содержащиеся в питательной среде, с помощью фильтрования их отделяют от бактериальных клеток. Такие токсины называют экзотоксинами, поскольку они выделяются клетками в окружающую их питательную среду, связь их с цитоплазмой менее прочная.

Вторая – токсины, более тесно связанные с телами бактерий, их получают экстракцией слабыми кислотами ил слабыми щелочами.

Третья – токсины, которые очень прочно связаны с телами бактерий, для их экстрагирования клетки разрушают механическим воздействием, ультразвуком, повторным замораживанием и оттаиванием, перевариванием ферментами и химическими агентами.

Вторая и третья группы представляют собой эндотоксины, к которым относится большинство бактериальных токсинов.

Большая часть белковых бактериальных токсинов катализирует определенные химические процессы, разрушает жизненно важные соединения, оказывает патогенное действие в ничтожно малых дозах, обладает скрытым периодом, подавляет защитные функции тканей.

Некоторые бактериальные токсины имеют свойства лецитиназы. Так, например, Clostridium perfringens продуцирует ?-токсин, обладающий свойствами экзотоксина (лецитиназу С), который способен расщеплять лецитин нa фосфорилхолин и диглицерид. В клетке образуются мембраны типа лизосом, обладающих способностью синтезировать различные ферменты, в том числе и ферменты патогенности. Некроз мышечной ткани вызывается в результате комбинированного действия лецитиназы, коллагеназы и муциназы (гиалуронидазы).

Коллагеназа и муциназа разрушают соединительную ткань, входящую в состав мышц, а лецитиназа растворяет лецитин мембран мышечных волокон. Гемолиз при газовой анаэробной инфекции происходит результате лизиса лецитина стромы эритроцитов.

Бактериальные токсины характеризуются органотропностью (монотропностью и политропностью), вследствие которой токсигенные микроорганизмы обусловливают некроз ткани в очаге локализации возбудителя. Некротизирующее проявление токсинов для возбудителя имеет большое приспособительное значение.Во-первых, токсины превращают живую и реактивную ткань в безвредный субстрат для патогенного микроба. Во-вторых, некротизированная ткань защищает паразита от воздействий на него защитных реакций микроорганизма.

Токсины рассматривают как ферментные яды, обладающие свойствами прекращать процессы обмена веществ. Эту точку зрения считают наиболее вероятной. Предполагают, что в процессе развития у сапрофитных бактерий, вступивших в длительный симбиоз с животными организмами, постепенно нарастала способность к выработке ферментов, облегчающих сожительство с тканями и повышающих их жизнедеятельность за счет хозяина. С течением времени в связи с закреплением паразитического образа жизни все более специализировались ферменты этих бактерий, в результате чего адаптивные ферменты превратились в ферментные яды – экзотоксины.

Таким образом, можно считать, что токсические инфекции сформировались в более поздний период, им предшествовали простой паразитизм и заболевания септического порядка.

Экзотоксины обладают способностью вызывать явление потенцирования, когда под влиянием смеси токсинов происходит более выраженная интоксикация организма. Особенно отчетливо проявляется потенцирующее действие токсинов клостридий газовой анаэробной инфекции, столбняка и стафилококков, коринебактерий дифтерии и стафилококков.

Некоторые белковые токсины (пневмококки, стафилококки, стрептококки и др.) вызывают гемолиз. Пневмококковый гемолизин освобождается из клеток при аутолизе. Внутривенное введение его морским свинкам вызывает их смерть. При подкожном введении в малых дозах он обусловливает выработку в организме антител- токсин инактивируется холестерином, пепсином, папаином, трипсином.

Гемолитическую активность пневмококкового токсина определяют по степени гемолиза 1% взвеси эритроцитов. По физическим и химическим свойствам очищенный высокоактивный гемолизин относят к белковым токсинам. Механизм его действия на эритроциты не ясен. Одни исследователи рассматривают его как фермент, а эритроциты как субстрат, другие – отрицают ферментную природу гемолизина. Сходными свойствами с пневмококковым обладает стрептококковый гемолизин.

По характеру действия на эритроциты различают альфа-и бета-гемолизины. Микробы, продуцирующие альфа-гемолизин на кровяном агаре, вызывают образование зеленых или темно-зеленых колоний в результате изменения соединений железа эритроцитов. Бета-гемолизины растворяют эритроциты и при выращивании бактерий, продуцирующих бета-гемолизины, вокруг колоний образуются прозрачные зоны гемолиза.

Кроме того, некоторые патогенные микробы продуцируют гамма-гемолизин, вызывающий гемолиз эритроцитов кролика, человека, морской свинки и характеризуются малой устойчивостью к нагреванию. Обнаружен также дельта-гемолизин, который разрушает эритроциты человека и некоторых животных. Он выделяется, например, некоторыми патогенными штаммами стафилококков.

Стафилококки, стрептококки вырабатывают лейкоцидины, разрушающие полиморфноядерные лейкоциты.

Патогенные штаммы стафилококка образуют коагулазу, вызывающую свертывание плазмы крови человека, лошади, кролика.

Коагулаза не свертывает плазму крови морской свинки, крысы, курицы.

Бактерии пневмонии, озены, риносклеромы, протей, континентальные штаммы возбудителя чумы и др. продуцируют фермент уреазу, обладающую токсическим действием. Токсичными свойствами наделены многие аминокислотные декарбоксилазы, образуемые возбудителями газовой анаэробной инфекции и другими микробами.

Типичными ферментами-токсинами являются лецитиназы, подразделяющиеся на А, В, С. Лецитиназа А встречается в змеином, пчелином и скорпионовом ядах, лецитиназа В – в растениях, лецитиназа С – у многих патогенных микробов, особенно у некоторых возбудителей газовой анаэробной инфекции.

Некоторые микробы образуют токсические вещества: метиламин, диметил-амин, гистамин, холин, нейрин и др. Ядовитые амины являются продуктами разложения бактериального белка, они могут накапливаться в испорченных продуктах и служить источником пищевых отравлений.

Ряд микроорганизмов продуцирует аммиак и вызывает аммиачную интоксикацию (Clostridium histolyticum и др.). Аммиак образуется врезультате дезаминирования аминокислот.

Токсины обусловливают извращение обмена веществ, изменяют содержание адреналина и аскорбиновой кислоты. Под влиянием токсинов происходит глубокое угнетение такого важного звена обмена веществ, каким является окислительный цикл трикарбоновых кислот.

Проявления интоксикации (местные и общие) сопровождаются морфологическими изменениями форменных элементов крови, состава белков, ферментов, серологическими (образование антител), общеклиническими (температура, нервно-психические) нарушениями.

Анатомические изменения характеризуются воспалительными процессами в лимфатических узлах или поражениями определенных органов и тканей (органов дыхания, сердечно-сосудистой системы и др.).

Роль капсульного вещества в вирулентности микроорганизмов.

Многие бактерии выработали механизмы защиты от опсонизации и последующего фагоцитоза нейтрофилами, эти механизмы защиты сопряжены с бактериальной капсулой. Капсула защищает бактерии от нейтрофилов, препятствуя опсонизации. Например, бактерии вызывающие пневмонию и менингит (Haemophilus influenzae, Neisseria meningitides, Escherichia coli, Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae) имеют на своей поверхности полисахаридную капсулу. Штаммы этих же бактерий, лишенные капсулы, обладают меньшей вирулентностью. Капсула слабоиммуногенна и маскирует структуры бактериальной стенки, которые обладают большей иммуногенностью и могут непосредственно активировать систему комплемента. Компонентами клеточной стенки бактерий, снижающими эффективность фагоцитоза или препятствующих ему, являются: пептидогликаны, белок А (Staphylococcus aureus), и М-белок (стрептококк группы А). Многие микроорганизмы препятствуют опсонизации, меняя антигенную структуру своих поверхностных образований. Например, белки, экспрессированные на поверхности Neisseria gonorhoeae очень разнообразны. Один и тот же штамм единовременно способен экспрессировать более 7 различных вариантов белков.

Некоторые патогенные микроорганизмы (бацилла сибирской язвы, Clostridium perfringens, пневмококки, возбудители чумы и туляремии) обладают способностью образовывать капсулу в организме животных и человека. Есть микроорганизмы, которые продуцируют капсулу как в организме, так и на питательных средах (возбудители риносклеромы, озены, пневмонии Фридлендера).

Капсулообразование обеспечивает микробам устойчивость против фагоцитоза и антител, увеличивает их инвазионные свойства.Так, например, капсульные сибиреязвенные бациллы не подвергаются фагоцитозу, в то время как бескапсульные варианты легко фагоцитируются. Более высокая вирулентность капсульных микробов связана с токсическими веществами, заключенными в капсуле.

По химическому составу капсульное вещество состоит у одних видов микробов из сложных полисахаридов, а у других – из протеинов.

Оно может быть неодинаковым у отдельных штаммов одного и того же вида и может быть сходным у разных бактерий. В капсульных полисахаридах имеются азотсодержащие или безазотистые соединения.

Они наделяют микроорганизмы типовой специфичностью. У пневмококков II и III типа капсула представляет собой глюкозид целлобиуриновой кислоты в высокополимеризованном состоянии, у I и IV типа капсула содержит высокополимеризованные соединения аминосахаров и органических кислот, у некоторых бацилл – полипептид d-глютаминовой кислоты, у сибиреязвенной бациллы – глюкопротеин.

Агрессины микроорганизмов. Кроме токсигенности, инвазивности и капсулообразования, патогенные микробы обладают способностью выделять вещества, подавляющие защитные силы организма и усиливающие патогенное проявление многих возбудителей инфекционных болезней. О. Байль назвал их агрессинами. Природа и химический состав их еще не выяснены. Агрессины были обнаружены в перитонеальном и плевральном экссудатах лабораторных животных, зараженных сибиреязвенными бациллами, пневмококками и другими микробами. Сами по себе агрессины, освобожденные фильтрованием от бактерии и клеток экссудата, при введении животному являются безвредными, но при добавлении их к несмертельной дозе микроба развивается тяжелый инфекционный процесс, нередко заканчивающийся смертью животного.

Агрессины были обнаружены у возбудителей брюшного тифа, паратифов, холеры, сибирской язвы, дифтерии, чумы, туберкулеза, гноеродных заболеваний. Вероятно, агрессины представляют собой не одно, а несколько различных веществ, возникающих в процессах жизнедеятельности патогенных микроорганизмов (некоторые соединения поверхностных структур микробных клеток, продукты расщепления ДНК и РНК).

В. Браун с сотрудниками установили, что вирулентные бактерии вырабатывают в организме особое вещество, стимулирующее их рост и уничтожающее невирулентные типы этих бактерий. Оно образуется бактериями из продуктов распада ДНК.

Патогенность и вирулентность являются множественными биологическими признаками, обусловленными хромосомными и внехромосомными генами (эписомами), детерминирующими выработку активных токсических веществ (экзотоксины, ферменты патогенности и др.), изменением клеточных оболочечных структур (капсулы, активные соединения, называемые антигенами) и некоторых особенностейиметаболизма патогенных микроорганизмов, позволяющих им выживать в условиях беспрерывно меняющейся среды макроорганизма.

Вирулентность – это динамическое свойство, которое находится под контролем мутационного процесса, постоянно происходящего как у возбудителя, так и у хозяина, и обеспечивает непрерывность отбора полезных для каждого из них изменений. Диапазоны вирулентности колеблются от абсолютного паразитизма до уровня сапрофитизма.

Патогенные виды могут длительное время сосуществовать с макроорганизмом в виде латентных (скрытых) форм.

Для описания взаимодействий хозяина и паразита предложено множество терминов, смысл которых часто трактуется по-разному.

На основании анализа накопленных данных A. Casadevall и L.A. Pirofski предложили унифицировать терминологию, описывающую взаимодействия «хозяин – паразит».

Термин “инфекция” (инфекционный процесс) используется для описания процессов "приобретения" нового микроорганизма, размножающегося в организме хозяина.

Для характеристики возможных вариантов исходов и характера течения инфекционного процесса предлагается использовать следующие термины:

– комменсализм – состояние, при котором сохранение микроба в организме хозяина не сопровождается повреждением последнего, однако отмечается активация систем специфической и неспецифической резистентности-

– симбиоз (мутуализм) – состояние, при котором и микроб, и хозяин получают адаптивные преимущества-

– инфекционная болезнь – клинические проявления повреждений макроорганизма, возникающих в результате взаимодействий хозяин – паразит-

– персистенция – состояние, при котором факторы резистентности хозяина не обеспечивают элиминацию микроорганизма, сопровождающееся длительным, но незначительным повреждением, в зависимости от баланса взаимодействия хозяин – паразит может эволюционировать в инфекционную болезнь-

– колонизация – состояние, развивающееся вслед за приобретением хозяином нового микроорганизма, характеризуется динамичностью и неустойчивостью взаимоотношений хозяин – паразит, эволюционирует в другие формы взаимоотношений.

Предложенный вариант унификации терминологии может вызвать некоторые возражения, однако он отражает важную тенденцию в эволюции представлений о характере взаимоотношений «хозяин – паразит».

Основные этапы инфекционного процесса. За традиционным и вполне обоснованным представлением о микроорганизмах как о существах, стоящих на низших ступенях эволюции, следует оценка их роли во взаимоотношениях с многоклеточными организмами как подчиненной, что отражается и в терминологии.

По отношению к микроорганизмам употребляют термины “паразиты”, “комменсалы”.

Однако существует несколько парадоксальная точка зрения, согласно которой ответ на вопрос о том, кто же является паразитом, микроб или человек – далеко не однозначен.

В системе «человек – микроб» общее количество человеческих клеток составляет 1013, а микробных – 1014-1015. Ряд необходимых для организма человека питательных веществ синтезируется эндогенной микрофлорой. Главное преимущество, которое получают микроорганизмы, сосуществующие с многоклеточными организмами, – стабильность окружающей среды по параметрам температуры, ионному составу, наличию питательных веществ.

Таким образом, оценить, кто же получает от сосуществования большую выгоду, достаточно сложно. По крайней мере следует признать, что сосуществование бактерий и человека абсолютно равноправно.

В инфекционном процессе традиционно выделяют следующие звенья, которые предполагают непосредственный физический контакт между микроорганизмом и клеткой хозяина:

1) адгезия микроорганизмов к эпителию хозяина-

2) инвазия микроорганизмов во внутренние среды организма хозяина-

3) пролиферация микроорганизмов во внутренней среде организма хозяина.

При одних инфекциях перечисленные процессы развиваются последовательно, при других происходит только адгезия.

В патогенезе инфекций важное значение имеют также процессы, непосредственно не связанные с физическим контактом клеток. Речь идет о продукции микроорганизмами токсинов, а макроорганизмом – антител. В этих случаях клетка-эффектор и мишень оказываются пространственно разделенными.

Адгезия. Все микроорганизмы обладают выраженной способностью прикрепляться к органическим и неорганическим поверхностям.

Естественный образ жизни большинства микроорганизмов связан с их закреплением на каких-либо субстратах. Размножение в бульонной культуре, используемое в лабораторных условиях, является скорее исключением, чем “правилом” в жизни микроорганизмов.

Для практических целей выделяют две группы механизмов адгезии – неспецифические и специфические.

Неспецифическая адгезияопосредована физико-химическими взаимодействиями бактерий с поверхностями. К ним относятся:

• электростатические взаимодействия-

•

• гидрофобные взаимодействия-

• ван-дер Ваальсовы взаимодействия-

• броуновское движение.

Неспецифическая адгезия, как правило, обратима. Для описания этого типа адгезии в англоязычной литературе иногда используюттермин “docking” (постановка в док). Для описания специфической адгезии, которую считают необратимой, используют термин “anchoring” (заякоревание).

Специфическая адгезия происходит в результате молекулярных взаимодействий между адгезином микробной клетки и рецептором клетки хозяина.

Под адгезинами понимают поверхностные структуры микробных клеток и входящие в их состав макромолекулы, обычно белки, посредством которых осуществляется прикрепление к специфическим поверхностям.

Под рецептором подразумевают структуру, комплементарную адгезину и находящуюся на поверхности эукариотической клетки.

Функцию рецепторов в процессе адгезии выполняют карбогидраты или пептидные (белковые) фрагменты, локализованные на мембране эукариотических клеток.

Специфическая адгезия – один из частных случаев универсального биологического механизма: лиганд-рецепторных взаимодействий, участвующих в реакции антиген – антитело, передаче гормональных и нейросигналов и в ряде других процессов. Основу таких взаимодействий составляет пространственная комплементарность взаимодействующих структур. Для ее описания обычно используют аналогию "ключ–замок".

Адгезины часто являются лектинами – протеинами, способными связываться с карбогидратами.

Представители двух основных таксономических групп микроорганизмов ( грамположительные и грамотрицательные бактерии) используют различные стратегии специфической адгезии. У грамотрицательных микроорганизмов молекулы адгезинов входят в состав специализированных органелл – ворсинок (фимбрий, пилей), вследствие чего они названы фимбриальными адгезинами.

Ворсинки представляют собой тонкие и длинные белковые структуры диаметром около 10 нм и длиной несколько сотен нанометров. Дистальная часть ворсинки представлена еще более тонкой фибриллой, на конце которой располагается молекула собственно адгезина. У грамотрицательных бактерий различают несколько типов ворсинок.

Основой классификации служат структура ворсинок, рецептор связывания и механизм сборки. Один штамм микроорганизмов может обладать несколькими типами ворсинок.

Пили – разновидность ворсинок, осуществляющих контакт между микробными клетками в процессе конъюгации.

У грамположительных бактерий фимбриальные адгезины не описаны. Эти микроорганизмы осуществляют адгезию посредством афимбриальных адгезинов. Структура многих афимбриальных адгезинов не установлена, большинство из известных являются белковыми молекулами, связанными с цитоплазматической мембраной микробной клетки. Рецепторами для адгезинов грам(+) бактерий чаще всего являются фибронектин и белки межклеточного матрикса. Афимбриальные адгезины описаны и у грам (–) бактерий.

Адгезия является начальным и, безусловно, необходимым этапом любого инфекционного процесса. Поэтому вполне естественно, что многоклеточные организмы выработали систему защиты, ограничивающую адгезию. Механизмы защиты, характерные для различных локусов организма человека, контактирующих с внешней средой, представлены на рис.8.

Рис. 8.

Факторы защиты барьерных органов человека, связанные с внешней средой

Видео: Северинов Константин - Микробиота человека

Как следует из рисунка 8, во многих случаях одним из важных защитных факторов макроорганизма является "нормальная" микрофлора, не допускающая контакта адгезинов патогенных микроорганизмов с рецепторами хозяина.

Фимбриальные адгезины обеспечивают более эффективную адгезию, чем афимбриальные. Они оказываются локализованными на длинной тонкой ножке, что облегчает их контакт с рецептором и, вероятно, позволяет преодолевать барьер "нормальной" микрофлоры и другие защитные механизмы.

Инвазия. Термин “инвазия” используется для описания двух различных процессов: распространения микроорганизмов в межклеточных пространствах тканей организма хозяина и проникновения их внутрь его клеток.

Распространение микроорганизмов по межклеточным пространствам обеспечивают внеклеточно секретируемые белки, обладающие ферментативной активностью и нарушающие целостность внеклеточного матрикса. К ним относятся гиалуронидазы, нейраминидазы, коллагеназы, стрептокиназы, стафилокиназы и т.д. Ферменты, относящиеся к двум последним группам, обеспечивают конвертацию неактивного плазминогена в плазмин, который разрушает фибрин и препятствует свертыванию крови.

Определенное значение во внеклеточном распространении бактерий, вероятно, имеют также бактериальные протеазы, липазы, нуклеазы и гликогидролазы. Все перечисленные факторы действуют в ближайшем окружении микробной клетки и, как правило, не оказывают системного воздействия на организм хозяина.

Тканевому распространению микроорганизмов способствуют также ферменты фосфолипазы, вызывающие лизис эукариотических клеток врезультате образования пор в цитоплазматической мембране. К фосфолипазам относятся широко распространенные среди микроорганизмов гемолизины .

Для проникновения внутрь эукариотических клеток у микроорганизма есть два пути инвазии: пассивный и активный.

Под пассивным путем инвазии имеется в виду фагоцитоз. Фагоцитоз является одной из наиболее древних защитных реакций макроорганизма, направленных на защиту от микроорганизмов, попавших во внутреннюю среду организма хозяина. Фагоцитозу подвергаются все микроорганизмы.

Исходом подавляющего большинства бактерий является их гибель. Лишь немногие виды микроорганизмов приобрели способность выживать внутри фагоцитов.

Активная инвазия предполагает способность микроорганизмов проникать внутрь клеток, не являющихся "профессиональными" фагоцитами. Внутриклеточная среда эукариотических организмов потенциально представляет собой значительную по объему экологическую нишу. Не удивительно, что часть микроорганизмов, адаптированных к существованию на эпителиальных поверхностях, выработали механизмы для активного проникновения внутрь этих объектов. Способность к активной инвазии обычно рассматривается как признак облигатной патогенности микроорганизмов. Выделение их из клинического материала всегда рассматривается как клинически значимое.

Необходимый начальный этап инвазии – прикрепление к поверхности эпителия. Несмотря на наличие многих общих черт с процессом адгезии, описанным выше, адгезия инвазивных микроорганизмов характеризуется некоторыми отличиями. Бактериальные молекулы, участвующие в адгезии (в данном случае они называются инвазинами), как правило, не связаны с ворсинками. Более существенные различия касаются рецепторного аппарата эукариотических клеток, участвующего в связывании.

В случае инвазии рецепторами эукариотических клеток являются их мембранные молекулы, основная функция которых состоит в межклеточных взаимодействиях. Так, инвазивные энтеробактерии в качестве рецепторов используют интегрины эукариотических клеток.

Листерии для связывания в качестве рецептора используют кадхерин.

Перечисленные молекулы эпителиальных клеток играют основную роль в поддержании структуры тканей, обеспечивая физический контакт эукариотических клеток.

Процесс инвазии в очень упрощенном и схематичном виде можно представить следующим образом. Связывание бактериальных инвазинов с соответствующими рецепторами является сигналом к реорганизации компонентов цитоскелета клеток эпителия (нитей актина и микротрубочек), в результате которой и происходит инвазия. В процессе инвазии на поверхности эпителиальных клеток образуются выросты, напоминающие псевдоподии макрофагов, которые "обволакивают" бактерии. Затем выросты замыкаются, и формируется внутриклеточная вакуоль, содержащая бактерию. Таким образом, бактерия "заставляет" клетку эпителия захватить себя.

Детали процесса инвазии лучше всего изучены на примере таких микроорганизмов, как Yersinia spp., Salmonella spp. и Shigella spp. Перечисленные патогены осуществляют инвазию кишечного эпителия, причем основными "воротами" являются М-клетки.

Одной из основных функций М-клеток является транспорт макромолекул и более крупных частиц из просвета кишечника в области подслизистого слоя, богатые Т-и В-лимфоцитами, макрофагами и дендритными клетками, то есть в те области, где происходят процессинг, распознавание антигена и индукция иммунного ответа.

М-клетки обычно обнаруживают в ассоциации с подслизистой лимфоидной тканью. В сравнении с другими энтероцитами они обладают редуцированной щеточной каймой и гликокаликсом, что существенно облегчает их контакт с кишечным содержимым. На апикальной мембране М-клеток экспрессируется повышенное количество тканевых антигенов и интегринов.

Поражение слизистой оболочки различных органов в основном связано с интенсивным синтезом интерлейкинов (ИЛ-1?, ИЛ-8), ФНО?, миграцией нейтрофилов и развитием мощной воспалительной реакции в очаге инфекции.

Развитие мощной местной воспалительной реакции, несмотря на формирование локальных поражений слизистой оболочки, надолго обеспечивает макроорганизму значительные преимущества, поcкольку предотвращает гематогенное распространение возбудителя.

Вырабатывая механизмы инвазии эукариотических клеток, микроорганизму одновременно приходится создавать механизмы, позволяющие избегать фагоцитоза или сохранять жизнеспособность внутри фагоцитов.

Пути внедрения патогенных микроорганизмов в макроорганизм могут быть различными. Место проникновения патогенных микробов в организм называется входными воротами инфекции.

В естественных условиях заражение происходит через пищеварительный тракт (алиментарный путь), когда в пищу или в воду попадают патогенные микроорганизмы.

Болезнетворное начало может проникать через поврежденные, а при некоторых инфекционных болезнях (бруцеллез) и неповрежденные слизистые оболочки рта, носа, глаз, мочеполовых путей и кожу.

Судьба патогенных микробов, попавших в организм, может быть различной – в зависимости от состояния организма и вирулентности возбудителя. Некоторые микробы, попав с током крови в определенные органы, оседают (задерживаются) в их тканях, размножаются в них, выделяют токсины и вызывают заболевание. Например, возбудитель туберкулеза в легочной ткани.

Любая инфекционная болезнь, независимо от клинических признаков и локализации микроба в организме, представляет собой заболевание всего организма.

Если патогенные микробы проникли в кровеносные сосуды и начинают размножаться в крови, то они очень быстро проникают во все внутренние органы и ткани. Такую форму инфекции называют септицемией. Она характеризуется быстротой и злокачественностью течения и нередко заканчивается смертельным исходом.

Когда микробы находятся в крови временно и не размножаются в ней, а посредством ее только переносятся в другие чувствительные ткани и органы, где затем уже размножаются, инфекцию принято называть бактериемией.

Иногда микробы, проникнув в организм, остаются только в поврежденной ткани и, размножаясь выделяют токсины. Последние, проникая в кровь, вызывают общее тяжелое отравление (столбняк, злокачественный отек). Такой процесс называется токсемией.

Пути выделения патогенных микробов из организма также различны: со слюной, мокротой, мочой, калом, молоком, выделениями из родовых путей.

Для возникновения инфекционного процесса требуется минимально заражающая доза микроба. Однако чем больше проникло в организм микробов, тем скорее развивается болезнь. Чем вирулентнее микроб, тем быстрее наступают все клинические признаки болезни. Имеют значение и ворота инфекций. Например, после введения в легкие морской свинки 1 – 2 туберкулезных микробов может возникнуть заболевание, а чтобы вызвать заболевание путем подкожной инъекции микробов, надо ввести не меньше 800 живых туберкулезных палочек.

Одно из необходимых условий для возникновения заболевания – восприимчивость организма к данной инъекции. К одним из них организм очень восприимчив, а к другим устойчив. Например, крупный рогатый скот не заражается сапом лошадей, а чума свиней совершенно неопасно в смысле заражения для человека.

Исключительноважное значение для возникновения инфекционного процесса имеет состояние организма. И.И.Мечников писал: «Болезнь, помимо внешних причин – микробов, обязана своим происхождением еще и внутренним условиям самого организма. Болезнь наступает тогда, когда эти внутренние причины оказываются бессильными помешать развитию болезнетворных микробов- когда они, наоборот, успешно борются с микробами, то организм оказывается невосприимчивым. Проникновение патогенного микроба в чувствительный организм вовсе не обязательно вызывает соответствующее заболевание». Устойчивость организма против инфекции снижается при плохом питании. Влияет также простудный фактор, перегревание, радиация, отравление алкоголем и т.п.

Инфекционный процесс проявляется не сразу после внедрения патогенного микроба в организм, а спустя некоторый срок. Время от внедрения микробов в организм допоявления первых клинических признаков заболевание называют скрытым, или инкубационным, периодом.

Продолжительность его определяется вирулентностью и количеством внедрившихся микробов, воротами инфекции, состоянием организма и окружающими условиями. Однако при каждом заразном заболевании инкубационный период более или менее постоянен.

За период инкубации внедрившиеся микробы размножаются, производят качественные биологические изменения в организме, врезультате чего появляются клинические признаки.

По длительности течения инфекции бывают острые, кратковременно протекающие (ящур, холера, сибирская язва и многие др.). Большинство инфекций относится к острым.

Инфекционные болезни по природе отличаются от другихзаболеваний следующими свойствами: наличием живого возбудителя, заразительностью (передаются от больных здоровым), инкубационным периодом, иммунитетом (невосприимчивостью) переболевших. Последний наступает не всегда.

Исходы этих процессов могут быть самыми разнообразными: от элиминации микроорганизма до более или менее выраженных повреждений организма хозяина, иногда несовместимых с его жизнью.

Выживание микроорганизмов внутри фагоцитов. Как уже отмечено, подавляющее большинство микроорганизмов, попавших внутрь фагоцитов (макрофагов или полиморфноядерных лейкоцитов), гибнет.

Несмотря на определенные различия в физиологии указанных клеток, между ними есть много общего.

Макроорганизм обладает разнообразными и эффективными механизмами защиты своей внутренней среды от проникновения бактерий. Тем не менее, существует группа патогенов, способных сохранять жизнеспособность внутри фагоцитов (облигатные и факультативные внутриклеточные паразиты). Все разнообразие возможных механизмов устойчивости внутриклеточных паразитов к бактерицидному действию фагоцитов можно объединить в несколько групп.

Активная инвазия клеток, не относящихся к фагоцитам, прежде всего эпителиальных: внутри таких клеток микроорганизмы не подвергаются никаким неблагоприятным воздействиям. Описанную стратегию используют сальмонеллы и шигеллы.

Такие микроорганизмы, как стафилококки, пиогенные стрептококки и микобактерии, проникают внутрь фагоцитов, используя рецепторы к комплементу. Фагоцитоз, опосредованный этими рецепторами, не приводит к выраженной активации бактерицидных систем фагоцитов.

Выход патогена из фаголизосомы в цитоплазму, где отсутствуют бактерицидные механизмы, использую листерии, риккетсии и шигеллы. Наиболее детально процесс выхода из фагосомы изучен у листерий. В формировании поры в мембране фагосомы участвуют листериолизин и фосфолипазы.

Ингибиция процесса слияния фагосомы и лизосомы, а также предотвращение активации НАДФН-оксидазы позволяют микроорганизмам сохранять жизнеспособность и после фагоцитоза. У сальмонелл описан ряд генов, осуществляющих указанные функции. Эти гены локализованы в составе островка патогенности (SpI2), экспрессируются только после попадания микроорганизма внутрь фагоцитов.

Из приведенных фактов следует, что один и тот же микроорганизм может использовать различные стратегии для сохранения жизнеспособности внутри фагоцитов.

Способность микроорганизмов паразитировать внутри фагоцитов существенно затрудняет терапию вызываемых ими инфекций. В этих условиях микроорганизм оказывается защищенным от действия тех антибиотиков, которые не способны проникать внутрь клеток макроорганизма.

Транспорт эффекторных молекул внутрь эукариотических клеток. Подавляющее большинство бактериальных факторов вирулентности являются белками, синтезируемыми внутри клеток. Мишени же действия этих факторов находятся либо на мембране, либо внутри эукариотических клеток. Следовательно, микроорганизм должен обладать механизмами транспорта факторов вирулентности через свои мембранные структуры, а для некоторых факторов – еще и механизмами транспорта через мембраны эукариотических клеток. К настоящему времени описано 5 систем транспорта белков через мембранные структуры микроорганизмов, существенно различающихся по своей организации.

Механизм транспорта внутрь эукариотических клеток таких факторов вирулентности, как А–В токсины (ботулотоксин, холерный, дифтерийный и др.), известен. А–В токсины состоят из двух фрагментов: один обладает специфической энзиматической активностью (А), второй (В) обеспечивает связывание с эукариотической клеткой. В качестве рецептора на мембране эукариотических клеток обычно выступают сиалоганглиозиды (G-протеины).

После связывания с мембраной транспорт энзиматически активного фрагмента внутрь клетки мишени происходит либо в результате образования поры в ее цитоплазме, либо путем эндоцитоза. Токсины типа А–В являются экзотоксинами, секретируемыми микробной клеткой в окружающую среду и проявляющими свой эффект на пространственном удалении от клетки эффектора.

Для транспорта внутрь эукариотических клеток факторов вирулентности, не относящихся к А–В токсинам, микроорганизмы используют другие механизмы. Наибольший интерес вызывают системы секреции III типа грамотрицательных микроорганизмов, осуществляющие не только транслокацию факторов вирулентности через мембранные структуры бактериальной клетки, но и доставляющие их внутрь эукариотических клеток.

На рисунке 9 изображены система секреции III типа грамотрицательных бактерий и недавно предложенная модель транслокации у грамположительных бактерий. Системы секреции III типа широко распространены среди грамотрицательных микроорганизмов.

Даже у филогенетически отдаленных видов они характеризуются значительным сходством и состоят из более чем 20 протеинов. Считается, что по своему происхождению системы секреции III типа связаны со жгутиками– органеллами, ответственными за движение бактерий. Это подтверждается значительной гомологией их компонентов.

Наиболее распространенной моделью организации систем секреции III типа является следующая. В цитоплазматической мембране фиксирована кольцевая белковая структура, играющая основную роль в распознавании секретируемых молекул, в инициации процесса секреции и его энергетическом обеспечении. Непосредственно к этой базальной структуре присоединен белковый канал, проходящий через пептидогликан и наружную мембрану бактериальной клетки.

Видео: Новый продукт AGEL BIO

Рис. 9.

Транспорт эффекторных молекул внутрь эукариотических клеток

Видео: Иммунитет: как его сохранить и восстановить

В пептидогликановом слое и наружной мембране канал фиксируется кольцевыми белковыми структурами. Над поверхностью микробной клетки выступает филаметозная белковая структура, формирующая пору в мембране эукариотической клетки.

Для описания функции систем секреции III типа обычно используют термин “молекулярный шприц”. При электронно-микроскопическом исследовании взаимодействия иерсиний и сальмонелл с клетками организма, у бактериальных клеток удается обнаружить структуру, напоминающую шприц, причем “игла” шприца прокалывает мембрану эукариотической клетки. Ключевой момент в транслокации – образование поры в мембране эукариотической клетки.

До недавнего времени механизмы транслокации факторов вирулентности грамположительных бактерий, не относящихся к А–В токсинам, не были известны. Лишь недавно на основании изучения инфекции культуры кератиноцитов пиогенным стрептококком была предложена модель транслокации факторов вирулентности этого микроорганизма внутрь эукариотических клеток.

В цитоплазматической мембране стрептококков имеются белки общего секреторного пути (Sec), осуществляющие транспорт эффекторных молекул во внеклеточную среду. Удалось показать, что в некоторых случаях Sec-белки оказываются связанными со стрептолизином О, формирующим в мембране кератиноцитов пору диаметром до 30 нм.

Протеиновый канал, который мог бы пространственно связывать Sec-белки и стрептолизин, не идентифицирован, его наличие только постулируется. Гипотетический механизм получил название “цитолизинопосредованная транслокация”.

Использование стрептококками механизма цитолизинопосредованной транслокации показано для транспорта внутрь эукариотической клетки только одного белка – НАД-гликогидролазы, однако принципиальное значение этого факта велико.

Есть все основания рассматривать транспорт эффекторных молекул внутрь эукариотических клеток как один из фундаментальных механизмов вирулентности, который может быть использован в качестве мишени для действия новых противоинфекционных препаратов.

Генетическая организация детерминант вирулентности.

Подавляющее большинство известных детерминант вирулентности не относится к жизненно важным для бактерий. Кодирующие их гены обычно локализованы на плазмидах либо интегрированы в бактериальную хромосому в составе профагов или других генетических элементов.

В подавляющем большинстве случаев вирулентность не является устойчивым признаком какого либо вида. Так, токсинопродуцирующие штаммы коринебактерий, стафилококков, стрептококков, эшерихий и многих других микроорганизмов фенотипически не отличаются или практически не отличаются от авирулентных штаммов этих же видов. Такой патоген, как возбудитель чумы Yersinia pestis, по существу, является клоном Yersinia pseudotuberculosis. Факторы, определяющие принципиально более высокую вирулентность Y.pestis в сравнении с Y.pseudotuberculosis, до сих пор окончательно не установлены. Обнаружить какие либо различия в структуре жизненно важных генов у этих микроорганизмов не удается.

Происхождение большинства факторов вирулентности остается загадкой. Несколько более понятны механизмы их распространения, ведущую роль в которых, очевидно, играют процессы горизонтального переноса генов.

Накопление информации о первичных нуклеотидных последовательностях геномов прокариот привело к интересным находкам. Одна из них – обнаружение в геномах ряда микроорганизмов значительного количества чужеродной ДНК. Степень чужеродности или родства ДНК обычно оценивается по процентному содержанию нуклеотидов гуанина и цитозина (G+C). Описанные фрагменты чужеродной ДНК получили название геномных островков. Их происхождение пока не известно.

Кроме отличия от хромосомной ДНК по GC составу, для геномных островков характерны наличие генов, кодирующих детерминанты генетического обмена (транспозазы, интегразы, инсерционные последовательности), а также ассоциация с локусами, кодирующими транспортные РНК.

С практической точки зрения наиболее важно то, что в состав геномных островков входят гены, необходимые для осуществления какой-либо конкретной функции. К таким функциям может относиться получение некоторых питательных веществ из окружающей среды, устойчивость к антибиотикам (метициллину), патогенность и некоторые другие.

Геномные островки, кодирующие функции патогенности, получили название островков патогенности.

Островки патогенности описаны у многих микроорганизмов. Часто один и тот же микроорганизм обладает несколькими островками патогенности, выполняющими разные функции. Наиболее детально эти генетические элементы изучены у грамотрицательных микроорганизмов (сальмонелл, шигелл, эшерихий, иерсиний, легионелл, геликобактерий, нейссерий), а из грамположительных бактерий – у листерий.

У сальмонелл описано 5 островков патогенности, выполняющих различные функции. Достаточно подробно изучены функции двух островков патогенности (Salmonella pathogenicity island – SPI) – SPI 1 и SPI 2. В состав обоих островков патогенности входят гены, кодирующие системы секреции III типа. Различия между этими островками патогенности касаются белков, доставляемых внутрь эукариотических клеток (субстратных, эффекторных протеинов). Белки, кодируемые генами SPI1, вызывают реорганизацию цитоскелета клеток хозяина и инвазию. Они также вызывают потерю электролитов энтероцитами, что проявляется диареей, апоптоз макрофагов и локальную воспалительную реакцию. Белки, кодируемые генами SPI 2, необходимы для сохранения жизнеспособности и пролиферации микроорганизмов внутри фагоцитов.

В целом факторы вирулентности, кодируемые двумя островками патогенности, обусловливают различные проявления инфекционного процесса. Эффекторные протеины, кодируемые островком патогенности SPI 1, необходимы для инвазии энтероцитов, и вызывают развитие локализованного инфекционного процесса. Белки, кодируемые островком патогенности SPI 2, необходимы для сохранения жизнеспособности микроорганизмов внутри фагоцитов и вызывают развитие генерализованной инфекции. Конкретные функции некоторых генов обоих островков патогенности не расшифрованы.

У таксономически различных микроорганизмов (иерсиний, эшерихий и шигелл) описаны островки патогенности, кодирующие детерминанты, необходимые для эффективного захвата свободного железа, концентрация которого в организме млекопитающих крайне низка.

Анализ генетической организации детерминант вирулентности свидетельствует, что большинство из них являются чужеродными для микроорганизмов хозяев и приобретены ими на различных этапах эволюции в результате горизонтального переноса генов. В некоторых случаях эти процессы произошли сравнительно недавно.

Возникновение вирулентного фенотипа может быть связано с приобретением значительных по размеру и сложных по организации фрагментов чужеродной ДНК (островки патогенности сальмонелл) либо с приобретением единственного фактора (токсинообразование у коринебактерий).

Приобретение микроорганизмом фактора, обеспечивающего ему селективные преимущества в какой-либо экологической нише, приводит к быстрой экспансии вновь сформировавшегося клона. В процессе эволюции подобные события, вероятно, могут происходить неоднократно и приводить к возникновению микроорганизмов, адаптированных к существованию в различных условиях (пример – сальмонеллы).

Вполне допустимо, что приобретение маловирулентными микроорганизмами новых детерминант вирулентности, формирование клонов с новыми свойствами и их распространение происходит с частотой не меньшей, чем распространение клонов антибиотикорезистентных бактерий.

На фоне интенсивного развития современных медицинских технологий постоянно увеличивается количество пациентов с различной степенью нарушения механизмов противоинфекционной резистентности, что создает для микроорганизмов новые экологические ниши. Это, в свою очередь, может стимулировать селекцию микроорганизмов с новыми наборами детерминант вирулентности, обеспечивающими адаптацию патогенов к новым условиям. Появление и распространение таких микроорганизмов, без сомнения, приведет к возникновению новых клинических проблем.

В качестве примера, подтверждающего вероятность описанных событий, можно указать на наблюдаемое в последние годы возрастание значимости энтерококков в этиологии инфекций кровеносного русла у больных, находящихся в отделениях интенсивной терапии и реанимации.

Долгое время считалось, что энтерококки являются практически авирулентными микроорганизмами. Однако в настоящее время в качестве потенциальных факторов вирулентности энтерококков рассматривают:

• факторы агрегации и феромоны, интенсифицирующие процессы генетического обмена у этих микроорганизмов-

• внеклеточные металлопептидазы, гидролизующие коллаген, гемоглобин и другие белки-• цитолизины – бактериоцины, разрушающие про-и эукариотические клетки-

• адгезины и факторы, обеспечивающие секрецию цитолизинов.

У штаммов E.faecalis, выделенных от больных, количество выявляемых детерминант вирулентности существенно выше, чем у штаммов, выделенных из различных объектов внешней среды.<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!