АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Свойства патогенных микробов

Патогенные микробы — это паразиты, ко­торые произошли в ходе длительной сопря­женной эволюции от сапрофитов. При этом они утратили ряд ферментативных систем, так как макроорганизм поставляет им мно­гие вещества в готовом виде. Они приспосо­бились к гетеротрофному паразитическому типу питания в различных органах, тканях и клетках. Данные микробы по способнос­ти к внутриклеточному паразитированию

можно разделить на три группы: облигатные внутриклеточные паразиты, факультативные внутриклеточные паразиты и облигатные вне­клеточные паразиты.

Облигатные внутриклеточные паразиты удовлетворяют свои пищевые потребности только в условиях внутриклеточного сущес­твования. При этом следует отметить, что внутриклеточная среда отличается от вне­клеточной по многим физико-химическим свойствам, она богата органическими вещес­твами, богата АТФ, которая совсем отсутству­ет вне клеток. В такой среде много готовых жизненно необходимых веществ, есть белок-синтезируюшие системы. Помимо обеспече­ния метаболических, энергетических, генети­ческих и белоксинтезирующих потребностей микробов, клетка защищает их от действия антител, фагоцитоза, бактериофагов и анти­биотиков, которые не проникают через кле­точную мембрану. Внутриклеточные парази­ты в целом хорошо адаптированы к пережи­ванию и размножению в клетках. Во многих:лучаях развития внутриклеточной инфекции клетками-мишенями служат макрофаги, хотя эту роль могут выполнять и другие клетки. Это обусловлено тем, что макрофаги спо­собны активно поглощать микробы, а те, в свою очередь, выработали механизмы, за­щищающие их от завершенного фагоцитоза. К облигатным внутриклеточным паразитам относятся вирусы, риккетсии и хламидии, зозбудители лепры, малярии, токсоплазмо-за. Размножение данных микробов в клетке может происходить как в цитоплазме, так и в ядре. На искусственных питательных средах они не культивируются.

Факультативные внутриклеточные парази­ты способны существовать как внутри, так и вне клетки. При этом в организме хозяина преобладает внутриклеточное размножение, хотя они могут размножаться и внеклеточно, так как внутриклеточная среда в условиях ор­ганизма является основным местом развития инфекционного процесса. Такая способность к внутриклеточному паразитированию может иметь значение в хронизации инфекцион­ного процесса, так как облегчает выживание микробов и их сохранение в макроорганизме. Данные микробы культивируются на искусст-

венных питательных средах. К ним относятся возбудители туберкулеза, бруцеллеза, туляре­мии, менингококковой инфекции, гонореи, шигеллы, сальмонеллы и другие микробы.

Облигатные внеклеточные паразиты — это микробы, которые не проникают внутрь клет­ки, а прикрепляются к ее поверхности и рас­пространяются по межклеточным пространс­твам. Примером таких микробов являются ми-коплазмы, возбудитель холеры, лептоспиры и другие микробы. Для внеклеточных паразитов характерна продукция экзоферментов, спо­собствующих их агрессии и инвазии — нейра-минидазы, гиалуронидазы и т. д.

Это приспособление микробов к внутри-или внеклеточному паразитированию в ходе сопряженной эволюции отразилось на дуа-листичном формировании и работе иммунной системы макроорганизма, которая состоит из Т-системы, защищающей макроорганизм в первую очередь от внутриклеточных парази­тов, и В-системы, ответственной за продук­цию антител, нейтрализующих внеклеточно расположенные микробы и их токсины.

Патогенные микробы должны обладать це­лым рядом свойств, и прежде всего патоген-ностью.

Патогенность (син. болезнетворность) — это потенциальная способность микробов вызывать инфекционный процесс, т. е. про­никать в макроорганизм определенного ви­да хозяина при естественных для данного микроба условиях заражения размножаться в нем, вызывать различные нарушения го-меостаза и развитие ответных реакций со стороны макроорганизма.

Предложено рассматривать патогенность как функцию адаптации микроба к макроор­ганизму хозяина, в основе которой лежит пе­рестройка метаболизма микроба, адекватная новым условиям его существования. В экспе­риментальных условиях при использовании в определенных дозах высоковирулентных микробов любой микроб при любом спосо­бе заражения может вызывать инфекцион­ный процесс, т. е. быть патогенным, поэтому определение патогенности должно включать вид хозяина и условия заражения. Это видо-

вой, генетически детерминированный при­знак, передающийся по наследству. Он харак­теризует лишь потенциальную способность микроба вызывать инфекционный процесс. Фенотипическая же реализация генотипа происходит лишь в определенных условиях. Для одних микробов этих условий может быть больше, а для других — меньше. В невоспри­имчивом макроорганизме патогенность мик­робов остается нереализованной, так как для этого нет условий, адгезии и колонизации не происходит, микробы утрачивают свою жиз­неспособность и погибают. В восприимчивом организме происходит их активное размно­жение.

В качестве примера можно привести Т. pallidum или S. typhi, которые в естествен­ных условиях вызывают заболевание только у человека. При этом, чем выше пищевая зави­симость микроба от клетки хозяина, тем выше его паразитические свойства, тем выше пато­генность. Патогенность микробов отличается от патогенности факторов любой другой при­роды своей биологической сущностью.

Для патогенных микробов характерны нозо­логическая специфичность (от греч. nosos — бо­лезнь и logos — учение) и органотропность. Нозологическая специфичность заключается в том, что каждый вид патогенных микробов способен вызывать только для него характер­ный инфекционный процесс, а также симп-томокомплекс патологических реакций, в ка­кой бы восприимчивый макроорганизм они ни попали. Таким образом, S. typhi вызывает только брюшной тиф, а N. meningitidis — ме-нингококковую инфекцию. Такая специ­фичность возбудителей позволяет проводить клиническую диагностику отдельных инфек­ционных заболеваний, как самостоятельных нозологических форм. Такой нозологической специфичности нет у условно-патогенных бактерий. Органотропность — это поражение клеток, тканей и органов, наиболее подхо­дящих по своим биохимическим свойствам для жизнедеятельности данных микробов. Например, возбудители воздушно-капельных инфекций поражают дыхательные пути, а воз­будители кишечных инфекций — ЖКТ

В основе специфичности и органотропности лежит лиганд — рецепторное взаимодействие

микробов с эукариотическими клетками макро­организма. Специфичность и органотропность объясняют хозяин-адаптированность многих микробов. Из этого правила есть исключения, например возбудители зоонозных инфекций (бруцеллеза, чумы, туляремии, сибирской язвы и т.д.), для которых характерны полигосталь-ность — много хозяев, и пантропизм, в основе которого лежит способность к внутриклеточно­му паразитизму в макрофагах, расположенных во многих тканях и органах. Для этих микро­бов инфекционный процесс в макроорганизме человека, являющегося их неспецифическим хозяином, не играет жизненно важного адап­тивного значения. Если микробы попадают не в ту среду, к которой они адаптированы, то ин­фекционный процесс либо не разовьется, либо разовьется, но будет протекать атипично.

Чем меньше выражены паразитические свойства микробов, тем меньше выражена специфичность и органотропность, что ха­рактерно для условно-патогенных микробов. Чем сильнее органоспецифическая адаптация микроба и более выражены его метаболичес­кие особенности, тем патогенней микроб и уже диапазон его возможных биологических хозяев, без которых он не может существо­вать. Примером такого микроба со сложными метаболическими потребностями является возбудитель сифилиса, за что он получил на­звание «микроба гурмана».

Патогенные микробы должны проникать в макроорганизм в определенной критической, или инфицирующей дозе (син. патогенной дозе). При попадании микробов в макроорганизм в количестве ниже определенной критической дозы инфекционный процесс не разовьется. Критическая инфицирующая доза необходима для возникновения стойкой адгезии, коло­низации и инвазии микробов в ткани. Если инфицирующая доза мала, то микроб поги­бает под действием неспецифических защит­ных факторов макроорганизма (кислотности желудка, ферментов и т. д.) в момент его по­падания в макроорганизм, что препятствует адгезии и колонизации. Инфицирующая доза является величиной условной. Для каждого вида микробов характерна своя инфициру­ющая доза. Она определяет не только кли­нические особенности течения и проявления

инфекционных болезней (продолжительность инкубационного периода, степень тяжести и т. д.), но и наиболее эффективные и вероятные факторы передачи возбудителей инфекций. Для проявления инфицирующей дозы важ­ное значение имеет не столько абсолютное число микробов, попавших в макроорганизм, сколько их плотность на единицу поверхности и наличие рецепторов у эукариотических клеток. Это объясняет наличие низких заражающих доз возбудителей в целом ряде случаев возник­новения инфекционных болезней. Помимо критической инфицирующей дозы, важную роль в развитии и проявлениях инфекционно­го процесса играет скорость репродукции мик­робов, определяющая возможность увеличения численности их популяции в макроорганизме.

Например, для возбудителя чумы Y. pestis, которая является самой патогенной из всех бактерий, характерна высокая скорость рос­та и размножения. Для заболевания харак­терен короткий инкубационный период (от нескольких часов до 9 дней) и последующее острое, тяжелое течение с высокой летальнос­тью. В то же время для возбудителей туберку­леза и лепры характерны медленный рост и размножение, а для заболеваний, которые они вызывают, соответственно характерны дли­тельный инкубационный период и длитель­ное первично-хроническое течение. L-формы бактерий обладают низкой метаболической активностью и скоростью размножения. Они не накапливаются в количествах, способных вызвать типичное течение инфекционной болезни. Высокая скорость размножения и плотность популяции способствуют накопле­нию мутаций и отбору более адаптированных к макроорганизму мутантов.

В естественных условиях патогенные микробы должны проникать через определенные входные ворота инфекции — ткани и органы, через которые микробы попадают в макроорганизм. Например, N. gonorrhoeae проникает в макроорганизм через однослойный цилиндрический эпителий, распо­ложенный в слизистой оболочке уретры, канале шейки матки, дистальных отделах прямой кишки и конъюнктиве глаза. Возбудители кишечных ин­фекций проникают в макроорганизм через сли­зистую оболочку кишечника, а возбудители воз­душно-капельных инфекций — через слизистые

оболочки дыхательных путей. С другой стороны, есть патогенные микробы, проникающие в мак­роорганизм через разные входные ворота, напри­мер возбудители зоонозов, обладающие пантро-пизмом. Установлена связь между дозой микробов, путем их передачи, входными воротами инфекции и многообразием клинических проявлений инфекцион­ных заболеваний, что затрудняет их своевременную диагностику. Механизм заражения и характерные для него пути передачи определяют локализацию микробов в макроорганизме.

Пути и способы выделения микробов из ор­ганизма, определяющие механизм передачи и распространения инфекции, также как и пути проникновения микробов в макроорганизм, специфичны, например с выдыхаемым воз­духом при воздушно-капельных инфекциях, с экскрементами при кишечных инфекциях. Этой закономерности нет при генерализован­ных инфекциях, так как возбудитель с током крови попадает в различные ткани и органы и поэтому может выделяться всеми вероятными путями, например с мочой, калом, желчью и т.д., а также передаваться с помощью крово­сосущих членистоногих насекомых. При этом, как было отмечено ранее, большое значение для передачи микроба из одного восприимчи­вого макроорганизма в другой имеет количест­венное содержание микробов в экскретах.

Популяция паразитов гетерогенна. Микробы, относящиеся к одному и тому же виду, обладают генотипической и феноти-пической гетерогенностью. Гетерогенность — универсальное свойство всего живого.

В связи с тем, что патогенность, являясь по-лифакториальным генотипическим видовым признаком, подвержена фенотипическим из­менениям, для обозначения степени патоген-ности введено понятие «вирулентности» (от лат. virulentus — ядовитый). В отличие от па-тогенности, характеризующейся лишь потен­циальной способностью данного вида вызывать инфекционный процесс, вирулентность —это динамичное индивидуальное свойство данного штамма микроба вызывать развитие инфек­ционного процесса. Это мера патогенности, ее качественная характеристика или феноти-пическое проявление генотипа.

По этому признаку все штаммы данного вида микроба могут быть подразделены на высоко-, умеренно-, слабо- и авирулентные. Высоковирулентные штаммы, как правило, вызывают более тяжело протекающие заболе­вания, чем умеренно- или слабовирулентные штаммы. Тем не менее авирулентные штаммы есть даже среди возбудителей конвенционных и особо опасных инфекций.

В вирусологии вместо термина «вирулент­ность» применяют термин «инфекционность» или «инфекциозность». В лабораторных усло­виях о вирулентности микробов и силе дейс­твия их токсинов судят по величине леталь­ной (LD) и инфицирующей (ID) доз, кото­рые выражают в условно принятых единицах. Летальная доза — это наименьшее количество живого возбудителя или токсина, вызываю­щее в определенный срок гибель конкретного количества (%) животных, взятых в опыт. Инфицирующая доза — это минимальное ко­личество живых микробов, способное вызвать инфекционное заболевание у определенного количества (%) животных, взятых в опыт. Различают:

Del (dosis certa fetalis) — наименьшее количес­тво живого микроба или его токсина, вызыва­ющее в течение определенного времени гибель 100 % экспериментальных животных, взятых в опыт. Это безусловно смертельная доза.

Dim (dosis fetalis minima) — наименьшее количество живого микроба или его токсина, вызывающее в течение определенного време­ни гибель 95 % экспериментальных живот­ных, взятых в опыт.

ID100 — это минимальное количество жи­вых микробов, вызывающее развитие инфек­ционного заболевания у 100 % зараженных экспериментальных животных, взятых в опыт.

Чаще всего используют LD50 — дозу живо­го микроба или его токсина, вызывающую в течение определенного времени гибель 50 % экспериментальных животных, взятых в опыт, и ID50 — минимальное количество живых микробов, способное вызвать развитие ин­фекционного заболевания у 50 % зараженных экспериментальных животных, взятых в опыт.

При постановке опыта необходимо учи­тывать вид, пол, возраст, вес, условия содер­жания и полноценность питания экспери-

ментальных животных, что тесным образом связано с формированием и активностью работы иммунной системы у них, а также способ заражения (пероральный, интрана-зальный, внутривенный, внутримышечный, внутрибрюшинный, интрацеребральный и т. д.). Например, у морских свинок, которые наиболее чувствительны к М. tuberculosis, чем другие лабораторные животные, заболевание с летальным исходом возникает при введении через дыхательные пути 1—2 клеток микроба, тогда как при пероральном заражении леталь­ная доза увеличивается до нескольких тысяч клеток. Даже внутри одного и того же вида существуют внутривидовые генетические от­личия. Например, есть линии мышей, вы­сокочувствительные к вирусам, но устойчи­вые к бактериям, и наоборот. Для снижения степени влияния индивидуальных колебаний резистентности макроорганизма на результа­ты исследований определение вирулентности проводят на значимом количестве животных. Более однородные результаты получают при использовании генетически управляемых линий животных, например инбредных (от англ. in — в, внутри и breeding — разведение). Инбредные животные — это линейные, го­мозиготные животные, которые получены в результате скрещивания близко родственных особей на протяжении 20 и более поколений. Такие животные генетически однородны, так как достигают 100%-й гомозиготности.

Как фенотипическое проявление генотипа, вирулентность подвержена изменениям как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличе­ния под действием физических, химических и биологических факторов. Снижение вирулен­тности (аттенуация) может происходить при длительном культивировании бактерий на ис­кусственной питательной среде или в резуль­тате длительного пассирования микробов че­рез организм маловосприимчивых животных. Полная утрата вирулентности связана с изме­нением генотипа. Повышение вирулентности отмечается, наоборот, при пассировании мик­робов через организм высоковосприимчивых животных, при лизогении, а также вследствие мутаций и рекомбинаций. Эти особенности изменения вирулентности учитываются при получении вакцинных штаммов микробов.

С учетом вирулентности микробов и степе­ни опасности работы с ними, все патогенные микробы подразделены на четыре группы, режимы работы с которыми регламентиру­ются соответствующими приказами и инс­трукциями МЗ России. Примером изменения вирулентности может служить L-трансформа-ция у бактерий, образование цист у спирохет, синтез капсулы у бактерий при их попада­нии в макроорганизм, температурозависи-мый синтез инвазивных белков у иерсиний и Ви-антигена у S. typhi, синтез индуцибельных экзоферментов и т. д.

8.3.1. Факторы патогенности микробов

Факторы патогенности — это материаль­ные носители, обуславливающие способность микробов вызывать инфекционный процесс.

Изучение факторов патогенности позволяет понять, чем патогенный микроб отличается от непатогенного и чем восприимчивый мак­роорганизм отличается от невосприимчивого. В отличие от сапрофитов, патогенные микро­бы для того, чтобы преодолеть естественные барьеры макроорганизма и существовать в нем, должны обладать способностью к адгезии и колонизации, инвазивностью, т. е. способ­ностью к преодолению защитных барьеров макроорганизма, проникновению во внут­реннюю среду макроорганизма за пределы входных ворот инфекции и распростране­нию в его тканях, проникновению в клетки макроорганизма (пенетрация), а также обла­дать агрессивностью, т. е. способностью по­давлять неспецифическую и специфическую реактивность организма за счет агрессинов, интерферирующих с защитными факторами макроорганизма, в том числе противостоять фагоцитозу.

В настоящее время термин «инвазивность», подразумевающий способность сохраняться в макроорганизме и размножаться в нем, при­меняют и в отношении внеклеточных парази­тов, таких как стафилококки, стрептококки, псевдомонады и т. д. Кроме того, патогенные микробы должны оказывать токсическое воз­действие на макроорганизм. Каждую из этих функций патогенные микробы реализуют с помощью специализированных структур, со­стоящих из макромолекул, которые являются

материальными носителями патогенности, обуславливающими специфичность инфек­ционного процесса. В основе специфичности лежит механизм биологического распознава­ния по принципу комплементарности взаи­модействующих структур. Адгезию, колони­зацию и защиту от фагоцитоза осуществляют макромолекулы, входящие преимущественно в состав поверхностных морфологических структур микробов. Инвазивность и агрессив­ность обусловлены, в основном, действием экзоферментов, в то время как токсическое воздействие — действием токсинов, играю­щих ведущую роль в развитии специфических симптомов при инфекционных заболеваниях. В развитии определенных стадий инфекци­онного процесса принимают участие сразу несколько факторов патогенности.

Факторы патогенности, обуславливающие ад­гезию и колонизацию. Патогенные микробы активно преодолевают естественные защит­ные барьеры макроорганизма, стремясь закре­питься на занятой ими поверхности кожи и слизистых оболочек. Поэтому адгезия и коло­низация — это пусковые механизмы инфекци­онного процесса. Микробы, не способные пре­одолеть этот барьер, приобрели способность проникать в макроорганизм парентеральным путем, используя повреждения эпидермиса или прибегая к помощи кровососущих чле­нистоногих насекомых. Адгезия характеризу­ется специфичностью, которая проявляется в избирательной способности микробов при­крепляться к эпителиальным клеткам опреде­ленного вида хозяина и определенных систем и органов макроорганизма (органотропность). Даже в пределах одного и того же органа или системы (дыхательной, пищеварительной, не­рвной и т. д.) отмечается мозаичность пора­жения. Специфичность адгезии обусловлена наличием комплементарных структур у микро­бов и чувствительных к ним эукариотических клеток макроорганизма. Структуры микроба, ответственные за прикрепление, называют ад-гезинами или лигандами, а структуры эукариоти-ческой клетки хозяина — рецепторами. Между ними происходит лиганд-рецепторное взаи­модействие по принципу комплементарности. У грамотрицательных бактерий адгезины об­разуют органеллы — ворсинки, фимбрии или

пили 1 типа. Роль адгезинов у них выполняют также основные белки наружной мембраны и липополисахариды. У грамположительных бактерий нет фимбрий, и роль адгезинов у них выполняют поверхностные белки и тейхоевые кислоты. У капсульных бактерий в адгезии принимают участие капсульные полисахариды и полипептиды. У микоплазм адгезины входят в состав выростов цитоплазматической мем­браны (белок Р1 у М. pneumoniae), а у вирусов адгезия осуществляется за счет белков капсида и гликопротеинов суперкапсида. В процессе колонизации слизистых оболочек бактериями помимо адгезинов определенную роль играют фрагмент А1 холерогена у V. cholerae, диф­терийный токсин у С. diphtheriae, пертуссис токсин у В. pertussis и т. д. Стойкая адгезия и колонизация возможны только в том случае, если микробы могут выстоять против био-цидных и биостатических факторов, которые в разных сочетаниях представлены на коже и слизистых оболочках. Поэтому важную роль в процессе колонизации эпителия слизистых оболочек играют IgA-протеазы и антилимфо-цитарный фактор бактерий, продукция бак-териоцинов, антиоксидантов, сидерофоров, конкурирующих с лактоферрином за ионы же­леза. Колонизация кожных покровов и слизис­тых оболочек в месте входных ворот инфекции зависит не только от дозы микробов, но и от количества рецепторов на поверхности эпи­телиальных клеток. Количество же и строение рецепторов эпителиальных клеток колеблются в пределах одного и того же вида вплоть до полного их отсутствия у отдельных предста­вителей вида, что и объясняет мозаичность поражения как на популяционном уровне, так и на клеточно-тканевом и органном уровнях. Помимо нативных поверхностных структур клеток макроорганизма, в качестве рецепторов могут выступать вирусиндуцированные анти­гены и приобретенные рецепторы — мостики, представляющие собой альбумины, иммуног­лобулины, фибронектин, ряд компонентов комплемента и другие молекулы, которые вза­имодействуют с нативными рецепторами кле­ток макроорганизма и адгезинами микробов.

С одной стороны, если рецепторов нет, то инфекционный процесс не разовьется. Это говорит о том, что восприимчивый макро-

организм отличается от невосприимчивого макроорганизма на уровне макромолекул. Генетически детерминированное отсутствие рецепторов обусловливает наличие естествен­ного, видового (конституционного) врожден­ного иммунитета к определенным микробам. С другой стороны, патогенные микробы от непатогенных также отличаются на уровне макромолекул, так как даже при наличии рецепторов микробы-мутанты, лишенные ад­гезинов, не обладают способностью вызывать инфекционный процесс.

Адгезия не является чисто механическим взаимодействием с клетками макроорганиз­ма. Непосредственное взаимодействие адге­зинов с рецепторами клетки, а также секре­торных белков ведет к активации сигнальных систем клетки и образованию воспалитель­ных цитокинов, которые стимулируют синтез интегринов на поверхности клетки, проводя­щих сигналы внутрь клеток макроорганиз­ма. Таким образом, включаются механизмы, обуславливающие проникновение микробов внутрь клетки. Белки наружной мембраны грамотрицательных бактерий и другие ад­гезивные молекулы, используемые ими для проникновения внутрь клетки, получили на­звание инвазинов. При этом механизмы, ис­пользуемые бактериями для активного про­никновения как в не фагоцитирующие, так и фагоцитирующие клетки, одинаковы. Они позволяют бактериям избежать антибактери­альной активности фагосом, куда бактерии попадают при традиционном фагоцитозе.

Факторы, обуславливающие адгезию и ко­лонизацию микробов, играют ведущую роль на ранних начальных стадиях патогенеза ин­фекционных заболеваний, что необходимо учитывать при разработке препаратов для профилактики этих заболеваний.

Факторы патогенности, обуславливающие инвазивность и агрессивность. Способность микробов распространяться по макроорга­низму и противостоять его защитным факто­рам обусловлена действием образуемых мик­робами ферментов, что особенно характерно для облигатных внеклеточных паразитов. При этом ферменты оказывают свое действие как местно, так и на расстоянии, генерализован-но. Они либо усиливают действие токсинов,

разрушая клетки и волокна тканей (нейра-минидаза и гиалуронидаза), а также переводя протоксины в токсины, либо сами действуют как токсины в результате образования токси­ческих для макроорганизма веществ, как, на­пример, фермент уреаза, гидролизующая мо­чевину с образованием аммиака и диоксида углерода (углекислоты), или декарбоксилазы аминокислот, образуемые бактериями в ки­шечнике, что ведет к образованию токсичных биогенных аминов. Токсическое воздействие на макроорганизм оказывают протеазы леги-онелл, аденилатциклаза возбудителя коклюша и т. д. Ряд микробов продуцирует ферменты, вызывающие гемолиз эритроцитов и разру­шение лейкоцитов (гемолизины и лейкоци-дины). Очевидно, грань между ферментами и токсинами в ряде случаев условна, так как у некоторых токсинов в настоящее время обна­ружена ферментативная активность.

К числу ферментов, способствующих инва­зии микробов по макроорганизму и их сохра­нению в нем, относятся:

— гиалуронидаза, расщепляющая гиалуро-новую кислоту, основной компонент соеди­нительной ткани, препятствующий проник­новению в них посторонних веществ;

— нейраминидаза (син. сиалидаза), расщеп­ляющая сиаловую кислоту, входящую в состав поверхностных рецепторов клеток, благода­ря чему последние приобретают способность взаимодействовать с адгезинами микробов или их токсинами. С помощью данного фер­мента микробы преодолевают первый защит­ный барьер макроорганизма — муцинозный слой, покрывающий поверхность слизистых оболочек и содержащий большое количест­во сиаловых кислот. Слизь теряет коллоид­ные свойства и полностью разрушается, а эпителиальные клетки слизистых оболочек, которые в норме покрыты слизью, становят­ся доступными для колонизации. Данный фермент способствует проникновению мик­робов внутрь клеток и их распространению по межклеточным пространствам. Так как си-аловая кислота входит в состав разных тканей и органов, нейраминидаза обладает широким спектром действия;

— фибринолизин, растворяющий сгустки фибрина, образующиеся в тканях в результате

развития воспаления, что способствует огра­ничению воспалительного очага и препятс­твует распространению микробов по макро­организму. Лизис фибрина ведет к инвазии микробов по макроорганизму;

— плазмокоагулаза, ведущая к образова­
нию в воспалительном очаге вокруг микробов
капсулы в результате коагуляции плазмы, что
препятствует их фагоцитозу и действию ком­
племента;

—ДНКаза, деполимеризующая ДНК, выде­ляющаяся в среду при гибели клеток. Это ве­дет к снижению вязкости окружающей среды, что благоприятно сказывается на развитии микробов в тканях.

—коллагеназа, разрушающая коллаген мы­шечных волокон, что понижает стабильность его структуры, и лецитиназа С (фосфолипа-за), действующая на лецитин и другие фос-фоглицериды, входящие в состав клеточных мембран мышечных волокон, и т. д. Продукты гидролиза лецитина оказывают токсическое воздействие на макроорганизм.

При этом ферменты агрессии и инвазии, помимо своих агрессивных, разрушительных функций, способствующих инвазии микро­бов в макроорганизме, выполняют трофичес­кие функции, поставляя микробам низкомо­лекулярные продукты распада клеток и тка­ней макроорганизма, необходимых микробам для их жизнедеятельности, что ведет к столь характерному для инфекционных болезней истощению макроорганизма. Так, например, фибринолизин обеспечивает не только рас­пространение менингококков сквозь сгустки фибрина, но и обеспечивает им поставку ами­нокислот, продуктов распада фибрина, необ­ходимых микробам для жизнедеятельности. Продукция микробами ферментов объясняет наличие многих симптомов при инфекцион­ных заболеваниях, например возникновение абсцедирующих пневмоний, вызванных ста­филококками; появление жидкой, а не вяз­кой мокроты у больных чумой, и т. д. При этом в патогенезе инфекционных болезней ведущую роль играют специализированные ферменты или ферментные системы, напри­мер, специфическая протеаза гемоглобина у возбудителей малярии, или фибринолизин — коагулазная система у возбудителя чумы, спо-

собствующая образованию чумного блока у переносчиков микроба — блох и попаданию микробов в макроорганизм и их распростра­нению, а также специфические протеазы го­нококков, вызывающие гидролиз секретор­ного иммуноглобулина класса А, препятству­ющего их адгезии на слизистых оболочках, и т. д. Продукция микробами ферментов объ­ясняет необходимость назначения больным в ряде случаев ингибиторов ферментов. Таким образом, ферменты микробов оказывают ток­сическое воздействие, способствуют инвазии и агрессии микробов, выполняют трофичес­кую функцию.

Помимо ферментов, важную роль как фак­торы патогенности играют жгутики, осущест­вляющие движение микробов и препятству­ющие их фагоцитозу, а также гетерофильные антигены, способствующие персистенции микробов в макроорганизме. Гетерофильные антигены — это общие антигены у пред­ставителей разных видов, имеющие сходные антигенные детерминанты, но разные носи­тели. Такие антигены обнаружены у возбу­дителя чумы и у лиц с первой группой крови, к ним относятся кардиолипиновый антиген возбудителя сифилиса, капсульный полиса-харидный антиген менингококков группы В, сходный с гликопептидами мозга, и ряд дру­гих антигенов. Благодаря наличию гетеро­фильных антигенов, макроорганизм может не распознавать такие микробы как чуже­родные, что способствует их сохранению в макроорганизме. Образование данных анти­генов является результатом либо случайного повторения биосинтеза конечных продуктов, либо длительной совместной эволюции пред­ставителей разных видов. Данное явление получило название антигенной мимикрии (от англ. mimicry — подобный). С другой стороны, наличие таких антигенов у микробов спо­собствует развитию аутоиммунных реакций в макроорганизме, так как данные антигены имеют разные носители, что обусловлива­ет включение запрещенных клонов клеток. Важным защитным механизмом у микробов является образование антигенных вариантов, устойчивых к действию защитных факторов макроорганизма. Формирование антигенных вариантов может происходить как в одном

организме хозяине, что характерно для возбу­дителей малярии, эндемического клещевого и эпидемического вшивого возвратных ти-фов, трипаносомозов и т. д., так и на уровне популяции, что характерно для вируса гриппа типа А.

Факторы патогенности, обладающие антифа­гоцитарной активностью. К важным факторам патогенности, обладающим антифагоцитар­ной активностью у бактерий, а также других микробов, относятся капсулы, микрокапсу­лы, слизистые чехлы и входящие в их состав антигены. Они выполняют роль механичес­ких барьеров, экранирующих поверхностные структуры микробов, взаимодействующих с опсонинами, выполняющими роль распозна­ющих микробы молекул и роль лигандов, свя­зывающих их с фагоцитирующими клетками, а также непосредственно взаимодействующих с рецепторами фагоцитирующих клеток, что препятствует распознаванию микробов и их поглощению. Капсульное вещество защищает микробы от действия лизосомальных фермен­тов и перекисных радикалов фагоцитирующих клеток. Легкая отделяемость капсул и слизи от поверхности микробов ведет к ложному связыванию рецепторов фагоцитирующих клеток. Капсульные варианты микробов, как правило, вызывают более тяжело протекаю­щие заболевания, чем их бескапсульные вари­анты. Хорошо известна роль К-антигенов как факторов патогенности у эшерихий, шигелл и сальмонелл, Ви-антигена — у возбудителя брюшного тифа, cord-фактора — у возбудите­лей туберкулеза, полипептидной капсулы — у возбудителя сибирской язвы и т. д.

Микробы могут подавлять фагоцитарную активность клеток на всех стадиях фагоци­тоза. Антифагоцитарные свойства у микро­бов обусловлены не только наличием у них капсул, микрокапсул и слизистых чехлов, но и способностью многих микробов образо­вывать вещества, подавляющие хемотаксис фагоцитирующих клеток, разрушающие хе-моаттрактанты и фагоцитирующие клетки: противодействовать внутриклеточному пере­вариванию, препятствуя слиянию лисозомы с фагосомой; образовывать ферменты, инакти-вирующие перекисные радикалы, оказываю­щие кислород зависимый киллерный эффект:

обладать резистентностью к лизосомальным ферментам; образовывать вещества, вызыва­ющие лизис фаголизосомы (листериолизин, сальмолизин, контактный гемолизин ши-гелл); покидать фаголизосому; индуцировать апоптоз фагоцитирующих клеток. С другой стороны, облигатные внутриклеточные па­разиты образуют вещества, активирующие хемотаксис (N-формильные и им подобные пептиды) и фагоцитарную активность клеток (инвазивные белки), что способствует их про­никновению внутрь клетки. Таким образом, механизмы внутриклеточного существования микробов и незавершенного фагоцитоза мно­гообразны.

Если возбудители туберкулеза образуют фосфатиды, препятствующие слиянию лизо-сомы с фагосомой, то возбудитель лепры мо­жет переживать в фаголизосоме за счет осо­бенностей строения клеточной стенки, леги-онеллы подавляют метаболический взрыв, а трипаносомы покидают фаголизосому, выходя в цитоплазму клетки, и т. д. Эндоцитобиоз способствует сохранению микробов в макро­организме, их распространению по макроорга­низму, делает микробы неузнаваемыми и недо­ступными для защитных факторов иммунной системы. Способность микробов сохраняться и размножаться в фагоцитирующих клетках, а также распространяться по макроорганизму, находясь внутриклеточно, получила название механизма «троянского коня».

Преодолев входные ворота инфекции и поступив в кровь, микробы должны избегать воздействия комплемента и других микробо-цидных факторов крови (антител, лизоцима, В-лизинов и т.д.). В частности, они должны обладать антикомплементарной активностью. В одних случаях это достигается благодаря наличию капсул, препятствующих активации комплемента, прежде всего по альтернатив­ному пути. В других случаях микробы посту­пают в кровь, располагаясь внутриклеточно или внутри микротромбов, образующихся под действием плазмокоагулазы. Это сохранение в крови создает дополнительные возможнос­ти для реализации их потенциальной пато­генности.

Помимо адгезинов, ферментов, агресси­нов, в том числе факторов, препятствующих

фагоцитозу, важное значение имеют токсины микробов (от греч. toxikon — яд), обуславли­вающие развитие симптомов интоксикации при инфекционных заболеваниях. Они игра­ют ведущую роль в патогенезе инфекционных заболеваний.

8.3.2. Токсины бактерий

Токсины бактерий — продукты метаболиз­ма, оказывающие непосредственное токси­ческое воздействие на специфические клет­ки макроорганизма, либо опосредованно вызывающие развитие симптомов интокси­кации в результате индукции ими образова­ния биологически активных веществ.

По физико-химической структуре и био­логическим свойствам токсины бактерий де­лятся на две группы: белковые токсины и эн­дотоксины.

Белковые бактериальные токсины и их биоло­гические свойства. К данной группе токсинов относятся термолабильные и термостабиль­ные белки, которые образуются как грам-положительными, так и грамотрицательны-ми аэробными и анаэробными бактериями. Обычно это ферменты, которые оказывают губительное воздействие на клетки макроор­ганизма в исключительно малых концентра­циях. Они могут как секретироваться клеткой в окружающую среду, так и находиться с клет­кой в связанном состоянии, освобождаясь в процессе автолиза клетки. По степени связи с бактериальной клеткой их подразделяют на три класса:

Класс А — секретируемые во внешнюю сре­ду, например гистотоксин С. diphtheriae.

Класс В — токсины, частично связанные с микробной клеткой и частично секретиру­емые в окружающую среду. Они находятся в периплазматическом пространстве. Такие токсины называют мезотоксинами, как, на­пример, тетаноспазмин С. tetani или нейро-токсин С. botulinum. Клетка остается жизне­способной. Они не имеют сигнального пепти­да, поэтому не секретируются в окружающую среду. Эти токсины попадают в окружающую среду в результате слияния с мембранами клетки и затем выводятся из нее посредством

эксфолиации мембран (син. отслоение, деск-вамация), а не автолиза, как считали ранее.

Класс С — токсины, связанные с микро­бной клеткой и попадающие в окружающую клетку среду лишь в результате гибели клетки, например Шига-токсин у S. dysenteriae 1 серо-вара и другие Шигаподобные токсины.

Способность бактерий образовывать белко­вые токсины называется токсигенностью.

По строению белковые токсины делятся на простые и сложные. Простые токсины обра­зуются в виде единой полипептидной цепи или протоксина, неактивного в функциональном отношении, который под действием протеаз самого микроба либо протеаз представите­лей нормальной микрофлоры, а также протеаз тканей и клеток макроорганизма превращает­ся в активную бифункциональную В—А-струк-туру. Часть В не обладает токсичностью. Это природный токсоид (анатоксин), который, выполняя транспортную функцию, взаимо­действует со специфическим рецептором на эукариотической клетке и, образуя канал в цитоплазматической мембране клетки, обус­ловливает проникновение токсической группы А или активатора в цитоплазму клетки. Как правило, субъединица А обладает фермента­тивной активностью. Она активна только при наличии субъединицы В, которая обеспечи­вает специфичность и органотропность дейс­твия токсина, а также экранирует фермен­тативную субъединицу А, предотвращая ее взаимодействие с субстратом как в собствен­ной клетке микроба, так и за ее пределами. Сложные токсины представляют собой уже готовую сложную бифункциональную струк­туру, состоящую из одной или нескольких В-субъединиц, соединенных с А-субъединицей, как, например холерный энтеротоксин, у ко­торого субъединица А окружена пятью абор­дажными В-субъединицами. Субъединицы В и А синтезируются в клетке независимо и в последующем соединяются в единый комп­лекс. Часть В взаимодействует со специфичес­кими рецепторами эукариотических клеток, а часть А под действием протеаз диссоциирует на две субъединицы: А1, или активатор, и А2, которая осуществляет транспорт активатора через цитоплазматическую мембрану клетки-мишени в цитоплазму.

Механизм действия белковых токсинов на

молекулярном уровне состоит из нескольких стадий. Белковые бактериальные токсины от­носятся к высокомолекулярным соединениям и самостоятельно через клеточные мембраны не проникают — необходима их диссоциа­ция. На первой стадии белковый токсин за счет своих абордажных молекул В фиксиру­ется на поверхности клетки, взаимодействуя со специфическим рецептором ганглиозидной, гликопротеидной или гликолипидной приро­ды, что ведет к образованию комплекса ток­син — рецептор клетки. Вторая стадия за­ключается в активации токсина под действием протеаз по типу ограниченного протеолиза с последующим образованием бифункциональ­ной В—А-структуры. У сложных токсинов роль активации сводится к переводу активаторного фрагмента А из неактивного в активное состо­яние. Изменение конформационной структу­ры молекулы токсина ведет к раскрытию у нее каталитического центра и появлению фермен­тативной активности. Третья стадия заключа­ется в трансмембранной транслокации части А или А1в цитоплазму клетки, где она нарушает жизненно важные биохимические процессы в клетке, действуя на свои мишени, что ведет к гибели клеток. Взаимодействие части В со специфическими рецепторами на поверхности клеток и высокая избирательность катализа совместно и обуславливают специфичность действия белковых бактериальных токсинов.

Знание механизма действия белковых бак­териальных токсинов позволяет понять, поче­му применение антитоксических сывороток не всегда бывает эффективным?

При применении антитоксических сыворо­ток необходимо помнить, что белковый ток­син может быть нейтрализован антителами, когда он находится в крови или лимфе, а так­же на поверхности клетки, так как антитела препятствуют его взаимодействию со специ­фическими рецепторами и диссоциации ком­плекса токсин — рецептор на субъединицы и транслокации части А в цитоплазму клетки. Непосредственно через мембрану клетки ан­титела не проникают и нейтрализовать транс-лоцированную в цитоплазму часть А не могут, что объясняет отсутствие эффекта от сероте­рапии при несвоевременно начатом лечении.

По механизму действия белковые бакте­риальные токсины делятся на пять групп: повреждающие клеточные мембраны; инги­биторы синтеза белка; активирующие пути метаболизма, контролируемые вторичными посредниками (мессенджерами); протеазы; суперантигены, активирующие иммунный ответ макроорганизма.

Токсины, повреждающие клеточные мембра­ны. Токсины данной группы способны пов­реждать плазматическую мембрану эукарио-тических клеток с помощью ферментативного гидролиза или в результате формирования пор. Такие повреждения вызывают не толь­ко лизис клеток, но и способствуют рас­пространению бактерий в макроорганизме. Примером ферментативного гидролиза яв­ляется действие альфа-токсина С. perfringens, обладающего активностью фосфолипазы С.

Порообразующие токсины формируют трансмембранные поры и нарушают селек­тивный вход и выход ионов через плазмати­ческую мембрану, что ведет к лизису клетки. Эта группа токсинов включает гемолизин Е. coli, лейкотоксин P. haemolitica, аэролизин А. hydrophila, О-перфринголизин С. perfringens, О-листериолизин L. monocytogenes, а также пневмолизин S. pneumoniae, О-стрептолизин S. pyogenes и альфа-токсин S. aureus. Последний можно рассматривать в качестве прототипа олигомеризующих порообразующих цитоток-синов. Бактерии секретируют готовый токсин (протомер), который узнает клетку-мишень по специфическим рецепторам или неспецифи­чески сорбируется в участках плазматической мембраны, содержащих фосфатидилхолин или холестерин. На мембране семь протомер-ных токсинов собираются в пору, формируя грибоподобный гептамер, состоящий из трех доменов. Шляпка и ободочная область альфа-токсина располагаются на плазматической мембране, а ножка служит трансмембранным каналом. Эта пора позволяет маленьким мо­лекулам и ионам совершать двухстороннее движение, что приводит клетку к набуханию и осмотическому лизису. Альфа-токсин обла­дает цитолитическим действием в отношении различных типов клеток, включая моноци­ты, лимфоциты, эритроциты, тромбоциты и

эндотелиопиты человека. Образование поры включает каскад вторичных процессов: акти­вацию эндонуклеаз, высвобождение цитоки-нов и других медиаторов воспаления, синтез эйкозаноидов.

Токсины, ингибирующие синтез белка. К дан­ной группе токсинов относятся: гистоток-син С. diphtheriae, экзотоксин А P. aeruginoza, Шига-токсин (Stx-токсин) S. dysenteriae 1 се-ровара и Шигаподобные токсины энтеро-патогенных и энтерогеморрагических Е. coli (Stx-токсины). Субстратом для них служат факторы элонгации и 28S-рибосомальная РНК. Дифтерийный токсин и экзотоксин А псевдомонад являются дифтамид специфи­ческими АДФ-рибозилтрансферазами, рибо-зилирующими фактор элонгации 2, что ведет к его инактивации и подавлению синтеза белка в клетке. Они синтезируются в виде протоксинов.

Stx-токсин и Stx-токсины имеют типичную АВ-структуру. Энзиматическая субъединица А нековалентно связана с 5-ю В-субъединица-ми. После связи пентамера В с эукариотичес-кой клеткой и интернализации, полипептид А расщепляется на энзиматическую часть А1 и фрагмент А2, связанный с В-пентамером. А1 проявляет N-гликозидазную активность. Stx-токсины инактивируют 288-рибосомаль-ную РНК, нарушая ее взаимодействие с ами-ноацил-тРНК, что ведет к подавлению син­теза белка и гибели клетки-мишени. Данные токсины нарушают синтез белка не только в эпителиоцитах, но и в других клетках, инду­цируя развитие гемолитического уремическо­го синдрома. Проникая из просвета кишечни­ка, Stx-токсины связываются с рецепторами эндотелиальных клеток капилляров почечных гломерул Gb3, а также других органов. Это приводит к набуханию клеток, сужению про­света сосудов, агрегации тромбоцитов, разви­тию гемолиза эритроцитов и уремии.

Токсины, активирующие пути метаболизма вторичных мессенджеров. К данной группе от­носятся: цитотоксический некротизирующий фактор (CNF), термолабильный (LT) и тер­мостабильный (ST) токсины Е. coli; отечный фактор В. anthracis; коклюшный и дермато-некротический (DNT) токсины В. pertussis; токсины А и В С. difficile; холерный энтеро-

токсин и другие токсины. Они влияют на функцию отдельных белков эукариотической клетки, не вызывая ее гибели. С этой целью токсины активируют вторичных посредни­ков, которые усиливают или искажают кле­точные реакции на внеклеточные сигналы.

CNF и DNT имеют связывающий и фер­ментативный домены. Они активируют Rho-субсемейство ГТФ-связывающих белков, участвующих в модификации регуляции акти­на цитоскелета через дезаминирование. Такая модификация приводит к преобладанию Rho, не способного гидролизовать связанный с ним ГТФ. Пораженные клетки приобретают характерный вид. У них наблюдается «рифле­ние» мембраны, формируется локальное сжа­тие актиновых нитей, развивается воспаление с формированием некротического очага.

Токсины А и В С. difficile, обладая гли-козилтрансферазной активностью, наоборот, инактивируют Rho ГТФ-связывающие белки. ST-энтеротоксин Е. coli, связываясь с рецеп­тором гуанилатциклазы, приводит к увели­чению цГМФ, который обращает в обратную сторону ток электролитов, подавляя абсорб­цию ионов натрия и повышая секрецию ио­нов хлора, что ведет к развитию диареи.

Холерный энтеротоксин (холероген) состо­ит из пяти В-субъединиц и субъединицы А, которая диссоциирует на А1, обладающую АДФ-рибозилтрансферазной активностью, и А2, связывающую А1 с пентамером В. А1 инактивирует G-белок, регулирующий актив­ность аденилатциклазы клеточных мембран, что ведет к повышению активности послед­ней и увеличению внутриклеточного содер­жания циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), нарушению всасывания ионов на­трия, калия и воды. В отличие от ST энтеро-токсина Е. coli, LT-энтеротоксин Е. coli сходен по строению и механизму действия с холер­ным энтеротоксином. Он и коклюшный ток­син обладают АДФ-рибозилтрансферазной активностью. Их мишенью являются G-бел-ки. Они извращают функции клеток, нарушая внутриклеточный гомеостаз по цАМФ.

Протеазы. Примерами данных токсинов являются ботулинический и столбнячный нейротоксины, а также летальный фактор В. anthracis. Ботулотоксин (BoNT) и тетанос-

пазмин (TeNT) относятся к цинк-металлоэн-допротеазам. Это функциональные блокато-ры. Они сходны по структуре, но различаются по путям проникновения в макроорганизм. Ботулотоксин проникает в макроорганизм энтерально при пищевом ботулизме и у но­ворожденных в виде больших комплексов, включающих нейротоксин и один или не­сколько белков, которые обеспечивают ста­бильность токсина в желудочно-кишечном тракте. Тетаноспазмин образуется в ранах ве­гетативными формами С. tetani, не форми­руя комплексов с белками. Оба нейротоксина синтезируются в виде крупномолекулярных неактивных полипептидов, активируемых пу­тем протеолитического расщепления. Каждая активная молекула нейротоксинов включает тяжелую цепь, состоящую из домена, необ­ходимого для связывания с клеткой, а также домена, отвечающего за транслокацию, и лег­кой цепи, обладающей протеазной активнос­тью. Мишенями токсинов в клетках является группа белков, необходимых для стыковки и соединения синаптических пузырьков с пресинаптическими плазматическими мем­бранами с последующим высвобождением нейромедиаторов. Ботулотоксин связывается с рецепторами на поверхности пресинапти-ческой мембраны двигательных нейронов пе­риферической нервной системы и вызывает протеолиз белков в нейронах. Это приводит к ингибированию секреции ацетилхолина, что препятствует мышечным сокращениям и проявляется развитием вялых параличей пе­риферических нервов.

Тетаноспазмин сначала связывается с ре­цепторами на пресинаптической мембране мотонейронов, а затем с помощью обратно­го везикулярного транспорта перемещается в спинной мозг, где может внедриться в тормо­зящие и вставочные нейроны. Расщепление везикуло-ассоциированного мембранного протеина и синаптобревина в этих нейронах приводит к блокаде секреции ингибиторных нейротрансмиттеров — глицина и гамма-ами-нобутировой кислоты, что вызывает перевоз­буждение мотонейронов и ведет к стойким мышечным сокращениям (спастическим па­раличам). Он является ингибитором инакти-ваторов ацетилхолина.

Данные токсины относятся к супертокси­нам, так как имеют максимально возможную для белков молекулярную массу и, соответс­твенно, токсичность. Это самые сильные био­логические яды.

Дата добавления: 2015-08-26 | Просмотры: 1895 | Нарушение авторских прав