Патогенность микроорганизмов и механизмы ее возникновения

Термин “патогенность” означает потенциальную способность микроорганизмов вызывать заболевания. Он состоит из двух греческих слов: pathos – страдание, болезнь и genes – происхождение, рождающий. Патогенными являются далеко не все бактерии. Патогенность – видовой генетически детерминированный признак.

Поэтому закономерным является вопрос: как возникли патогенные бактерии и чем определяется их патогенность? Однозначного ответа на него дать невозможно, так как патогенность бактерий определяется их особыми свойствами. Одним из объяснений возникновения патогенных бактерий служит допущение того факта, что их появление связано с приспособлением к паразитическому существованию и приобретением в связи с этим таких биологических свойств, которые обеспечивают им способность противостоять защитным механизмам макроорганизма.

В связи с этим необходимо вспомнить: какие в природе существуют взаимоотношения между макро- и микроорганизмами? Это, естественно, различные формы симбиоза. Под симбиозом (от греч. symbiosis – сожительство) понимают взаимное существование организмов разных видов. Иногда они утрачивают способность существовать раздельно вследствие тесной приспособленности друг к другу. Симбиоз имеет различные формы: мутуализм, комменсализм и паразитизм.

Мутуализм (от лат. mutuus – взаимный) – взаимовыгодное сожительство. Например, некоторые энтеробактерии питаются органическими соединениями, поступающими в нижний отдел кишечника, а продуцируемые ими витамины необходимы для биокаталитических реакций, или симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями.

Комменсализм (от лат. cum-c+mensal – стол, сотрапезник) – один пользуется пищей, защитой или какими-либо преимуществами за счет другого, причем последний не терпит от этого никакого ущерба или вреда (нормальная микробиота человека и животных);

Паразитизм (от греч. parasitos – нахлебник). Симбионта, питающегося за счет своего сожителя и наносящего ему вред, можно назвать паразитом, а форму сожительства – паразитизмом.

Переход от комменсализма к паразитизму вполне логичен. Считается, что первые сапрофиты появились на Земле 3,5 млрд. лет назад, бактерии-паразиты – значительно позже – по мере формирования растительного, а затем и животного мира (1,5 млрд. лет назад).

В основе появления паразитизма лежит расширение и обновление экологических возможностей бактерий-сапрофитов (от греч. sapros – гнилой, phytos – растение). Сущностью данного эволюционного процесса явились неоднократные мутации и постоянный отбор таких форм микроорганизмов, которые были наиболее приспособленными к новым экологическим условиям. В результате приобретения селективных преимуществ перед паразитами открылись новые экологические сферы распространения, не освоенные их предками. Так, возникли вначале факультативные паразиты, которые в зависимости от условий среды ведут себя как сапрофиты или как паразиты. Они не утратили своей самостоятельности, выражающейся в сохранившейся способности к самостоятельному существованию в окружающей среде.

Так, например, возбудители таких заболеваний, как ботулизм, столбняк, - постоянно существуют во внешней среде: естественной средой обитания для них служит почва. Их патогенность для человека и теплокровных животных связана со способностью вырабатывать сильнейшие токсины. Однако не ясно, какую роль токсинообразование играет в жизни и экологии этих бактерий. Периоды паразитизма для них случайны и мало влияют на сохранение вида.

Затем появились облигатные паразиты, размножающиеся только в организме своих хозяев. Среди них формировались патогенные формы, способные в процессе своей жизнедеятельности вызывать в организме хозяина патологические изменения. Одни из них удовлетворяли свои пищевые потребности в условиях внеклеточного существования. Такие микроорганизмы называют облигатными внеклеточными паразитами. Они размножаются в полостях тела и межклеточных пространствах (возбудители сибирской язвы, чумы, холеры и др.). Другие - в результате последующих мутаций и отбора приобрели такие свойства, которые позволили им освоить новую экологическую нишу – клетку хозяина, т.е. стали внутриклеточными паразитами. Внутриклеточные паразиты оказались более защищенными, чем внеклеточные, от действия антител и фагоцитов.

Среди внутриклеточных паразитов различают факультативных и облигатных, отличающихся друг от друга степенью зависимости от макроорганизма.

Способность к факультативному внутриклеточному паразитизму выявлена у многих патогенных бактерий, принадлежащих к разным таксонам. Из энтеробактерий к ним относятся шигеллы и дизентериеподобные кишечные палочки, размножающиеся внутри эпителиальных клеток кишки; сальмонеллы, размножающиеся в клетках лимфоидной ткани. Наиболее типичными факультативными внутриклеточными паразитами являются патогенные нейссерии (гонококки, менингококки), а также бруцеллы, микобактерии туберкулеза и проказы, которые фагоцитируются лейкоцитами и размножаются в них.

Облигатные внутриклеточные паразиты утратили способность к синтезу различных ферментов поскольку приобрели способность использовать для своих собственных метаболических реакций готовые продукты, синтезированные клеткой хозяина.

К облигатным внутриклеточным паразитам относится значительно меньшее число микроорганизмов: микоплазмы, риккетсии, хламидии. Механизмы внутриклеточного паразитизма у данных бактерий неодинаковы. У микоплазм они связаны с утерей способности синтезировать соединения, входящие в состав клеточной стенки. В условиях внутриклеточного существования это облегчает проникновение в клетки микоплазм, лишенных клеточной стенки, различных метаболитов. Однако среди микоплазм есть непатогенные формы и некоторые могут размножаться на искусственных питательных средах. Это свидетельствует о том, что паразитизм и патогенность – понятия неравноценные.

Внутриклеточный паразитизм риккетсий объясняется их неспособностью синтезировать некоторые ферменты, участвующие в гликолизе, а хламидий – утратой способности создавать молекулы АТФ. Поэтому их относят к энергетическим паразитам, зависимым от источников энергии клеток хозяина. Это определило их селективные преимущества перед внеклеточными паразитами.

Другой механизм превращения непатогенных бактерий в патогенные связан с получением первыми дополнительных генов от бактериофагов либо плазмид. Например, дифтерию у человека вызывают только патогенные Corynebacterium diptheriae, а способность синтезировать дифтерийный экзотоксин они приобретают в результате лизогенной конверсии. Иначе говоря, болезнетворность этих бактерий зависит от передачи им генов токсигенности от особых токсигенных коринефагов. Интегрируясь в хромосому не патогенных коринебактерий, такие фаги привносят в них свои гены, которые и превращают не патогеннные коринебактерии в возбудители дифтерии.

В свою очередь, многие варианты диареегенных кишечных палочек возникли в результате приобретения ими плазмид, в составе которых имеются гены, превращающие не патогенную E.coli в патогенную, способную вызывать различные формы эшерихиозов.

Наконец, в природе существуют различные виды бактерий, способных с помощью сенсорно регуляторных систем перестраивать свой метаболизм в зависимости от того, в каких условиях они существуют - во внешней среде или в организме теплокровных животных. Эти бактерии (легионеллы, йерсинии и др.) получили название сапронозных, так как их естественной средой обитания являются почва и растительные организмы. Однако, попадая в организм человека или животных, они изменяют свой метаболизм в сторону, способствующую их размножению и в этих условиях, т.е. при более высокой температуре в живом организме с его механизмами защиты.

Патогенность, или способность вызывать заболевание, не является категорией абсолютной. Ее обусловленность находит свое выражение в следующих фактах: патогенность бактерий проявляется всегда по отношению к определенному виду (видам) животных. Есть бактерии, патогенные только для человека, есть патогенные только для животных, но есть патогенные и для человека и для животных (возбудители чумы, бруцеллеза, туляремии и др.).

Не патогенный в одних условиях (естественных) для макроорганизма, возбудитель может стать патогенным в других, измененных условиях, Например в естественных условиях куры не болеют сибирской язвой, но если температуру тела искусственно понизить, они ею заболевают.

И естественно, лица с подорванным здоровьем, переутомлением, не правильным питанием, живущие в неблагоприятных санитарных условиях, подвергшиеся тяжелой нервной травме, ослабленные тяжелыми операциями, подвергшиеся влиянию радиационного облучения, чаще заболевают инфекционными заболеваниями, чем лица, живущие в благоприятных условиях. Т.е. микроорганизмы, являющиеся непатогенными или условно-патогенными для физиологически здоровых организмов, могут стать патогенными при ослаблении их естественной резистентности.