Литусов Н.В. Частная микробиолгия
.pdf
401
При посеве уколом в столбик желатина (10-15%) или полужидкого агара (0,5-1%) через 2-6 суток отмечается характерный рост в виде “перевернутой или опрокинутой елочки” (рисунок 6.20).
Рисунок 6.20 – Рост сибиреязвенного микроба в мясо-пептонном желатине. Заимствовано из Интернет-ресурсов.
В МПБ возбудитель сибирской язвы через 24 часа выращивания образует нежный осадок в виде комочка ваты, среда остается прозрачной. При встряхивании бульон не мутнеет, осадок вначале поднимается вверх в виде косички, а затем разбивается на мелкие хлопья, что является одним из характерных признаков сибиреязвенного микроба (рисунок 6.21).
Рисунок 6.21 – Рост сибиреязвенного микроба в МПБ. Заимствовано из Интернетресурсов.
При выращивании в течение 3 часов на агаре или в бульоне с пенициллином (0,05-0,5 ЕД/мл) сибиреязвенный микроб образует цепочки, состоящие из шарообразных клеток. Этот феномен называется “жемчужным ожерельем” и широко используется при дифференциации возбудителя сибирской язвы от близкородственных бацилл. Подобное явление объясняется тем, что пенициллин вызывает нарушение процесса синтеза пептидогликана клеточной стенки, в результате чего клетки преобразуются в протопласты, имеющие шарообразную форму (рисунок 6.22).
402
Рисунок 6.22 – Феномен “жемчужного ожерелья”. Заимствовано из Интернетресурсов.
Сибиреязвенный микроб обладает выраженной биохимической активностью. Он ферментирует до кислоты, глюкозу, фруктозу, мальтозу, сахарозу и другие сахара (рисунок 6.23).
Глюкоза Сахароза |
Фруктоза |
Мальтоза |
Декстрин |
Лактоза |
Рисунок 6.23 – Биохимические свойства сибиреязвенного микроба.
Возбудитель сибирской язвы образует сероводород и аммиак, не образует индола, гидролизует крахмал, пептонизирует и медленно свертывает молоко.
Антигенная структура. У возбудителя сибирской язвы различают клеточные антигены и антигены – продукты метаболизма:
1.Капсульный антиген – К-антиген.
2.Соматический полисахаридный ST-антиген клеточной стенки. Этот антиген содержит N-ацетил-D-глюкозамин с Д-галактозой. На обнаружении этого антигена основана реакция термопреципитации Асколи.
3.Белковый экзотоксин, состоящий из трех компонентов: протективного антигена (ПА), летального фактора (ЛФ) и фактора отека или эдематогенного фактора (ФО).
Устойчивость. Устойчивость и длительность выживания во внешней среде у вегетативных клеток и спор возбудителя сибирской язвы различны. Вегетативные клетки относительно лабильны, споры достаточно резистентны, что и обусловливает длительность существования почвенных очагов сибирской язвы.
403
Вегетативные клетки обладают слабой устойчивостью к неблагоприятным факторам: при кипячении гибнут в течение нескольких минут, при температуре 75ОС погибают через 5-10 минут, при 60ОС – через 15 минут, при 50ОС – через 1 час. В невскрытых трупах животных вегетативные клетки сохраняются в течение 2-7 суток, после чего лизируются протеолитическими ферментами. В желудочном соке при температуре 38ОС они гибнут через 30 минут, в замороженном мясе при температуре минус 15ОС остаются жизнеспособными 15 дней, в засоленном мясе – до 1,5 месяцев. Спирт, эфир, 2%-ный формалин, 5%-ный фенол, 5-10%-ный хлорамин, 5%-ный раствор хлорной извести, 10%-ный раствор перекиси водорода разрушают вегетативные клетки в течение 5 минут.
Споры чрезвычайно устойчивы к неблагоприятным воздействиям. Они выдерживают автоклавирование (121ОС) в течение 5-10 минут, кипячение – в течение 15-30 минут. В воде сохраняются до 10 лет, в почве до 30 лет и более. Например, при археологических раскопках в Национальном парке Крюгера (Южная Африка), в котором время от времени возникали эпизоотии сибирской язвы, из костей животных 300-летней давности были выделены жизнеспособные вирулентные сибиреязвенные споры. В почве споры возбудителя сибирской язвы не только сохраняются длительное время, но при определенных условиях (температура не ниже 12-15ОС, влажность в пределах 29-85%, наличие питательных веществ) могут прорастать, размножаться и вновь образовывать споры, поддерживая длительное существование почвенного очага.
Дезсредства (1%-ный раствор формалина, 10%-ный раствор едкого натра, 3%-ный раствор перекиси водорода) споры выдерживают в течение 1-2 часов. Возбудитель сибирской язвы проявляет высокую чувствительность ко многим антибиотикам (пенициллинам, тетрациклинам, левомицетину, аминогликозидам, цефалоспоринам, фторхинолонам).
Факторы патогенности. Основными факторами патогенности сибиреязвенного микроба являются капсула и трехкомпонентный экзотоксин (рисунок 6.24), состоящий из фактора отека (ФО), протективного антигена (ПА) и летального фактора (ЛФ). Указанные факторы патогенности сибиреязвенного микроба детерминируются плазмидами рХО1 и рХО2.
рХО2
Капсула
ФО рХО1
Экзотоксин ЛФ
ПА
Рисунок 6.24 – Факторы патогенности сибиреязвенного микроба.
404
Капсула сибиреязвенного микроба синтезируется при прорастании спор в восприимчивом организме (или на специальных питательных средах) и защищает образующиеся вегетативные клетки от фагоцитоза. Синтез капсулы определяется генами (capA, capB, capC), расположенными на плазмиде рХО2 (рисунок 6.25).
Рисунок 6.25 – Схема плазмиды рХО2. Заимствовано из Интернет-ресурсов.
Экзотоксин сибиреязвенного микроба имеет белковую природу. Он состоит из трех компонентов: фактора отека или эдематогенного фактора (ФО), летального фактора (ЛФ) и протективного антигена (ПА). Экзотоксин синтезируют как капсульные, так и бескапсульные клетки сибиреязвенного микроба. Синтез сибиреязвенного токсина определяется генами (cya, pag, lef), локализованными на плазмиде рХО1 (рисунок 6.26).
Рисунок 6.26 – Схема плазмиды рХО1. Заимствовано из Интернет-ресурсов.
Некоторые авторы к факторам патогенности возбудителя сибирской язвы относят протеолитическую активность микроба. Гены, ответственные за протеолитическую активность сибиреязвенного микроба, локализованы на бактериальной хромосоме.
Эпидемиология. Сибирская язва – зоонозное заболевание. Среди животных наиболее восприимчивы травоядные. Заболеваемость человека носит выраженный профессиональный характер (сельскохозяйственные рабочие, работники перерабатывающих предприятий, скотобоен). Ежегодно в мире регистрируют около 1 млн. случаев сибирской язвы у животных и 25-100 тыс. случаев заболевания у
405
людей. Сибирская язва распространена повсеместно, особенно в районах с развитым животноводством.
Эпидемиологическая обстановка по сибирской язве во многих странах и на территории Российской Федерации остается напряженной. Ежегодно в России регистрируется в среднем 11 случаев заболевания людей сибирской язвой. За период с 2009 по 2014 г. в России зарегистрировано 40 случаев заболевания людей сибирской язвой, из них 2 случая закончились летальным исходом. Причинами заболевания в большинстве случаев явились непосредственные контакты с больными сельскохозяйственными животными. В 2010 г. в Российской Федерации зарегистрировано 22 случая сибирской язвы у людей, в 2011 г. – 4 случая, в 2012 г. – 11 случаев, в 2013 г. – 2 случая, в 2014 г. - 7 случаев, в 2015 г. – 3 случая. В июлеавгусте 2016 г. возникла вспышка сибирской язвы в Ямало-Ненецком округе. Заболевание обнаружили у 20 человек, один ребенок скончался. Вспышка среди людей возникла после массового падежа оленей.
Резервуаром для сибиреязвенного микроба является инфицированная почва, в которой сибиреязвенный микроб сохраняется в споровой форме, формируя неблагополучные пункты. На территории России учтено более 30 тыс. неблагополучных по сибирской язве населенных пунктов. Животные заражаются при заглатывании спор с частичками почвы во время выпаса или при поедании загрязнённых спорами кормов. У животных преобладают кишечная и септическая формы заболевания. Сибирской язвой болеют козы, овцы, коровы, лошади, олени и другие виды животных. Домашние свиньи менее восприимчивы к сибирской язве. К тому же у свиней сибирская язва протекает в виде локальной формы, поражая в основном заглоточные лимфатические узлы. Как правило, животные заболевают сибирской язвой при пастбищном содержании.
Источником инфекции для человека являются больные животные
(крупный рогатый скот, лошади, свиньи, олени, овцы и др.), инфицированные продукты питания и кожевенно-меховое сырье, полученное от больных животных. Возможно также заражение человека через инфицированную почву или загрязненные инфицированной почвой предметы. Больные животные выделяют бациллы с фекалиями, мочой, слюной, кровянистым отделяемым. Особенно много микробов в кровянистой пенистой жидкости, вытекающей из естественных отверстий агонизирующих животных в последние минуты жизни и в первые часы после смерти (рисунок 6.27).
Рисунок 6.27 – Внешний вид животных, павших от сибирской язвы. Отмечаются кровянистые пенистые выделения изо рта, вздутие трупов. Заимствовано из Интернет-ресурсов.
406
Возбудитель выделяется от животных как с явно выраженной клиникой болезни, так и со стертыми клиническими формами (бессимптомно больные животные и бациллоносители). Например, у овец-бациллоносителей возбудитель выделяется с молоком, мочой, слюной, фекалиями в течение 1 месяца, а у коров – в течение 9-11 месяцев. Возбудитель попадает на объекты внешней среды также во время прирезки больных животных, при снятии шкуры, разделке туши. Попав в почву, вегетативные клетки трансформируются в споры, сохраняющиеся в почве
по сибирской язве пунктов
Вегетативные клетки
Споры 
Споры
Рисунок 6.28 – Схема образования неблагополучных по сибирской язве пунктов на месте гибели больных животных.
Факторами передачи возбудителя могут быть источники водоснабжения, загрязненные сточными водами кожевенных заводов, забойных пунктов, предприятий, перерабатывающих животное сырье, корма животного происхождения (мясокостная мука, кровяная и мясная мука), инфицированные предметы ухода за животными, бытовые вещи, мясо больных животных, кожевенно-меховое сырье
(рисунок 6.29).
Рисунок 6.29 – Факторы передачи инфекции при сибирской язве. Заимствовано из Интернет-ресурсов.
Например, в литературе описаны случаи заражения ребенка от куклы, изготовленной из контаминированной овечьей шерсти, заражение мужчины после пользования кисточкой для бритья. Наибольшее количество возбудителя содержится в трупе погибшего животного. Все его органы и ткани содержат очень большое количество бацилл (существует выражение “органы нафаршированы бациллами”). Вскрытие таких трупов не разрешается, так как при вскрытии трупа
407
происходит доступ воздуха к возбудителю, массовое образование спор и обсеменение ими почвы и других объектов внешней среды.
Почва является не только фактором передачи сибиреязвенного микроба, но и резервуаром возбудителя сибирской язвы. С длительным сохранением спор в почве связано наличие многочисленных неблагополучных пунктов. Например, в районах Поволжья и Урала в настоящее время насчитывается свыше 6,5 тысяч почвенных сибиреязвенных очагов. Большую эпидемическую опасность представляют скотомогильники, особенно содержащиеся в неудовлетворительном состоянии (рисунок 6.30).
Рисунок 6.30 – Сибиреязвенные скотомогильники. Заимствовано из Интернетресурсов.
В Уральском регионе также располагается множество скотомогильников. Например, в Свердловской области зарегистрировано 365 скотомогильников, в Челябинской области – 246 скотомогильников, в Курганской области – 554 скотомогильника, в Тюменской области – 439 скотомогильников.
Пути заражения человека сибирской язвой – контактно-бытовой (уход за больными животными, переработка шерсти, шкур, кож, земляные работы), алиментарный (употребление в пищу мяса больных животных), воздушнопылевой (вдыхание спор). Человек заражается при уходе за больными животными, во время убоя больного животного, при переработке продуктов животного происхождения и кожевенного сырья, при употреблении инфицированного мяса или других продуктов животноводства. Входные ворота – поврежденная кожа, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей (рисунок
6.31).
408
Источники инфекции |
Восприимчивый |
Формы инфекции |
|
организм |
|
|
|
Кожная |
Легочная |
Кишечная
Рисунок 6.31 – Схема заражения человека сибирской язвой.
От человека к человеку возбудитель не передается. Инфицирующая доза B. anthracis для человека составляет 10000-20000 спор.
Патогенез. Входными воротами для возбудителя сибирской язвы в большинстве случаев служит кожа, имеющая микроповреждения (порезы, ссадины). Значительно реже входными воротами являются слизистые оболочки желудочнокишечного тракта и дыхательных путей.
После попадания в организм человека споры сибиреязвенного микроба фагоцитируются макрофагами и транспортируются в регионарные лимфатические узлы (рисунок 6.32).
Рисунок 6.32 – Фагоцитоз сибиреязвенных спор (указано стрелкой) альвеолярными макрофагами. Просвечивающая электронная микроскопия (Ribot W. et. al., 2006).
Во время забоя больных животных возможно заражение через микротравмы кожи вегетативными клетками возбудителя сибирской язвы. В этом случае микробные клетки также фагоцитируются и транспортируются в лимфатические узлы (рисунок 6.33).
409
Рисунок 6.33 – Фагоцитоз вегетативных клеток сибиреязвенного микроба. Заимствовано из Интернет-ресурсов.
В лимфатических узлах споры прорастают, образуя капсульные вегетативные клетки, синтезирующие сибиреязвенный экзотоксин. Вегетативные клетки и сибиреязвенный токсин лимфогенно и гематогенно распространяются по организму и обусловливают развитие воспалительных процессов в различных органах – головной мозг, легкие, селезенка и др. (рисунок 6.34).
Кожа |
Альвеолы Эпителий кишечника |
Лимфаденит
Септицемия, Токсемия
Смерть
Рисунок 6.34 – Патогенез сибиреязвенной инфекции.
Основное патогенетическое влияние на организм человека оказывает трехкомпонентный сибиреязвенный экзотоксин. Сибиреязвенный токсин состоит из протективного антигена (ПА), фактора отека (ФО, кальмодулин-зависимая аденилатциклаза) и летального фактора (ЛФ, цинк-мелаллопротеаза). Поотдельности компоненты токсина не оказывают токсического действия на клетки организма. Механизм действия сибиреязвенного токсина заключается в следующем. Вначале протективный антиген связывается на поверхности эукариотической клетки с рецептором ATR (anthrax toxin receptor). Затем протеаза клетки-мишени (фурин)
410
расщепляет протективный антиген на 2 фрагмента: один фрагмент с молекулярной массой 20 кД (ПА20) и другой фрагмент с молекулярной массой 65 кД (ПА65). После этого фрагмент с молекулярной массой 65 кД формирует гептамер и связывается с другими компонентами токсина (ЛФ или ФО), образуя летальный (ПА+ЛФ) или отечный (ПА+ФО) токсины (рисунок 6.35).
цАМФ |
Рисунок 6.35 – Механизм проникновения ЛФ и ФО внутрь клетки.
Следовательно, ПА выполняет акцепторную и интернализирующую функции, а ФО и ЛФ – эффекторную функцию. В чистом виде ПА не обладает токсичностью. Летальный и отечный токсины эндоцитозом проникают внутрь клетки. Летальный токсин, состоящий из ПА и ЛФ, вызывает внутри клетки продуцирование активных форм кислорода, что приводит к деструкции и гибели клетки (некрозу клеток). Летальный токсин вызывает также продукцию провоспалительных цитокинов (фактор некроза опухолей альфа, интерлейкин-1 бета), ответственных за шок и смерть больного.
Комплекс ПА с ФО, проникнув внутрь клетки, активируется внутриклеточным белком кальмодулином, в результате чего в клетках значительно повышается уровень циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Высокий уровень цАМФ приводит к увеличению проницаемости клеток, образованию отеков и подавлению функции нейтрофилов. Механизм действия сибиреязвенного токсина на макроорганизм представлен на рисунке 6.36.