Zhuk_ON_i_dr_Sanitarnaia_i meditsinskaia mikrobiologiia

Санитарная и медицинская микробиология

представителями нормальной микробиоты, которые по тем или иным причинам (чаще всего при ослаблении защитных барьеров макроорганизма) самостоятельно проникают во внутреннюю среду.

Аутоинфекция - такой варианты эндогенной инфекции, которые возникают при механическом переносе условно-патогенных микроорганизмов из состава собственной микробиоты из их обычных мест обитания на те участки тела, где по тем или иным причинам отсутствует или ослаблен защитный комплекс, препятствующий проникновению во внутреннюю среду.

Метастатическая инфекция аутоинфенкция отдельной формы, - происходящий от понятия метастазирование (т.е. распространение лимфой или кровью) микроорганизмов.

В зависимости от распространения инфекционного процесса в

инфекциихÐепозиторийили антрÏолесÃÓп нозых, - источником возбудите я яв я тся болеющее животное – зоонозные

организме хозяина:

- местные (очаговые, локальные) - возбуд тель в ходе всего времени протекания инфекционного процесса локал зуется в каком-либо одном органе или системе органов. При этом п нято выделять (применительно к многоклеточным животным и человеку): эписоматические (поражения кожных

покровов и наружных слизистых б л чек) и эндосоматические (поражения внутренних органов),

- общие (генерализованные) - это инфекции кровеносной системы, которые могут возникать сразу как аковые при изначальном проникновении возбудителя в кровь, бо в результате перехода локальной инфекции в

генерализованную.

В зависим сти т источника и ме та инфицирования.

- источник м в збудителя явля т я больной человек - антропонозные

инф кции или зоонозы.

- источником в збудите я яв яются неживые объекты окружающей среды (например, чва как источник спор возбудителя столбняка) - сапронозные инфекциях или сапронозы (от исходного греч. сапрос - мертвый, неживой).

- возбудитель постоянно обитает в организмах животных, но способен поражать и организм человека, вызываемые им инфекции у людей называют

антропозоонозами.

Некоторые антропозоонозные инфекции практически не передаются от человека к человеку, например туляремия. Другие, например чума, практически всегда начинаются с контакта человека и больного животного, но затем имеют эпидемическое распространение в ходе контактов здоровых людей с заболевшими. Резервуаром возбудителя болезни являются популяции диких животных, инфекцию по месту первичного инфицирования людей назовут природно-очаговой.

Если же заражение людей происходит в обычных бытовых условиях, то вне зависимости от источника инфицирования инфекцию отнесут к

Полесский государственный университет Страница 21

Санитарная и медицинская микробиология

внебольничным.

Такое разделение связано с тем, что во многих лечебных учреждениях стационарного типа довольно часто имеют место массовые инфекционные заболевания людей, которые и называют больничными или госпитальными инфекциями.

В медицинской практике используется классификация инфекционных болезней. Она является частью МКБ (в англ. варианте ICD) - Международной классификации болезней и проблем, связанных со здоровьем (International Statistical Classification of Diseases and Related Health Problems), которая используется как статистическая и классификационная основа для систем здравоохранения в отдельных странах.

ÐепозиторийÏолесÃÓ

Санитарная и медицинская микробиология

Тема 3 ПОНЯТИЕ ПАТОГЕННОСТИ БАКТЕРИЙ

(2 часа)

1.Патогенность и вирулентность бактерий.

2.Единицы вирулентности и методы ее определения.

3.Токсинообразование как фактор патогенности.

4.Классификация токсинов бактериальных патогенов млекопитающих. Сравнительная характеристика эндо- и экзотоксинов.

1. Патогенность и вирулентность бактерий.

микроорганизма проникать в макроорганизм, размножаться в нем и вызывать развитие патологии. Патогенностъ. будучи закрепленной в геноме микроорганизма, передается по наследству, она свойственна определенному виду микроорганизмов. То есть этот п инцип является свойством вида. Например, Corynebacterium diphtheriae считаются патогенными для человека.

Вирулентность - фен ипический признак, характеризующий степень патогенности определенного ш амма в пределенных условиях. Таким образом,

ÐепозиторийПатогенность - генотнпнческий признак, отражающий способность

мутуализма или комменсализмаÏолесÃÓ. Такой тип симбиоза обусловлен наличием у макроорганизма хорошо выраженных защитных барьеров на пути проникновения в их внутреннюю среду, которые данные микроорганизмы в

вирулентность - это мера па огенности, называемая минимальной летальной дозой - Dosis letalis minima (DLM). Следовательно, вирулентность - признак штамма, а не вида.

Можно г в рить о высоко-, низко- и даже авирулентном штамме

определенного вида.

Вирулентн сть микроорганизмов определяется двумя факторами: инвазивностью, . . способностью размножаться в организме хозяина, и токсиг нностью, т.е. способностью образовывать токсины - вещества,

повр ждающие органы (ткани) х зяина.

Условно¬патогенные микроорганизмы (оппортунистические или потенциально-патогенные) - микр организмы, для которых основным способом

существования является симбиоз макроорганизмом, протекающий по пути

норме преодолеть не могут (микробоценозы толстого кишечника высших животных и человека). В составе таких микробных ценозов практически всегда присутствуют бактерии способных вызвать заболевания видов, однако слизистая оболочка кишечника не является для них входными воротами. Среди них, например, способные вызывать тяжелые посттравматические заболевания представители рода Clostridium, представители родов Proteus, Enterobacter, Pseudomonas и Klebsiella, при определенных условиях поражающие различные системы органов. На кожных покровах и слизистых оболочках дыхательного

Санитарная и медицинская микробиология

Streptococcus, Peptostreptococcus, Haemophilus, с которыми медики связывают определенные заболевания кожи и органов дыхания.

Такие бактерии не обладают факторами активного внедрения во внутреннюю среду здорового человека и способны длительно вести сапротрофный образ жизни, то есть контакт с партнером по симбиозу не является абсолютным критерием для их существования. Тем не менее, в геноме таких бактерий, в отличие от типичных сапротрофов, имеется совокупность генов, определяющих их способность существовать во внутренней среде высших животных и противостоять их внутренним защитным факторам, например фагоцитозу или действию системы комплемента. Поэтому при снижении эффективности защитных свойств покровов или нарушении их

целостности макроорганизм может быть инфицирован и тогда может иметь место инфекционный процесс.

ÐепозиторийВ медицинскойÏолесÃÓмикр би гии традиционно используются три основные единицы.

Облигатно-патогенные микроорган змы - обладают факторами активного внедрения во внутреннюю среду здорового человека и вызывают

взаимодействие множества фак оров как хозяина, так и паразита, при инфицировании каждой конкре ной особи наблюдаются различия в его протекании. Оценка проявлен я тех или иных симптомов оказывается

жизн способности (гибели) инфицированной живой системы.

Исходя из втор го прави а, единицами вирулентности являются так

называемые летальные д зы.

- DCL, что является аббревиатурой от латинской фразы Dosis certa letalis, переводимой как «абсолютно смертельная доза». В русскоязычной литературе возможно написание этой аббревиатуры с использованием букв русского алфавита - ДСЛ. Кроме того, синонимами для ДСЛ являются ДСЛ100 или DCL100. ДСЛ представляет собой такую дозу испытуемого агента, при введении которой наблюдается гибель всех использованных в эксперименте живых систем.

- ДЛМ (DLM, Dosis letalis minima) или минимальная смертельная доза - то количество микроорганизмов, которое вызывает в условиях эксперимента летальный исход у более чем 90%, но не у 100% инфицируемых живых систем. При использовании этой единицы указывают конкретный процент гибели, например ДЛМ95.

Полесский государственный университет Страница 24

Санитарная и медицинская микробиология

- ДЛ50 (синонимы - ЛД50, DL50) - наиболее часто используемой и наиболее показательной в плане сравнения вирулентности штаммов - это то количество микроорганизмов, при котором наблюдается смерть 50% взятых в опыт живых систем. Для достоверного определения этого показателя в большинстве случаев используют метод (способ) Кербера или его модификации. Этот метод позволяет использовать наименьшее из дающих достоверные результаты количество животных или других живых систем. Рассчитанные по этому способу значения ЛД50 представляют собой десятичный логарифм того количества испытуемого агента, которое вызывает 50-процентный летальный исход.

Метод Кербера может быть использован не только для определения

вирулентности микроорганизмов, но и для определения продукции ими конкретныхÐепозиторийтоксических веществ (токсигенности), а также для оценки собственно токсичности того или иного вещества.

Определение DL50 (Dosis letalis 50) по способу Кербера включает

следующие обязательные пункты:

отношений кажд й п следующ й дозы к предыдущей (шаг разведения) должна

где DN - наибольшая из испытанных доз, 8 (дельта) - логарифм отношения каждой последующей дозы к предыдущей; Li - отношение числа погибших от данной дозы животных к общему количеству животных, получившим эту дозу; ZLi - сумма всех значений Li для всех испытанных доз.

Несмотря на то, что приведенный здесь стандартный метод был предложен в свое время для проведения экспериментов на животных (см. пункт 1), он применим в таком варианте и при использовании других живых систем.

Необходимость проведения экспериментов по определению вирулентности конкретных штаммов обусловлено пониманием действия конкретных факторов патогенности для того, чтобы при последующем обнаружении этих возбудителей в ходе конкретных случаев заболевания

Санитарная и медицинская микробиология

правильно назначать и осуществлять меры лечения и профилактики.

3.Токсинообразование как фактор патогенности.

Токсичность патогенного микроорганизма связана с его способностью образовывать ядовитые вещества - токсины двух видов (эндо- и экзотоксины).

Эндотоксины обнаружены у возбудителей сальмонелл еза, туберкулеза. колибактериоза и др. Они выделяются из клетки патогенного микроорганизма только после его гибели (лизиса), поэтому ядовиты в меньшейстепени, чем экзотоксины.

Эндотоксины весьма устойчивы к температуре, поэтому способны выдерживать стерильный режим (120 °С) в течение30 мин.

Экзотоксины продуцируются в основном грамположительными микробами (возбудителями дифтерии, столбняка, ботулизма, газовой гангрены и др.). Они выделяются микробами всвнешнюю среду. В отличие от эндотоксинов экзотоксины чувствительны к действию солнечного света, мгновенно разрушаются, за исключен ем энтеротоксинапатогенных стафилококков, при кипячении, при темпе атуре 60-80 °С в течение часа. Очень

токсин, вызывающий поражение ч р пномозговых нервов, расстройство зрения, паралич дыхания, нарушение акта глотания и т.д. К этой же группе относится столбнячный т ксин, вызывающий поражение двигательных

лихорадкой.Отметим, что некоторые виды патогенных микроорганизмов, в частности холерный вибрион и гемолитические штаммы Е. coli, способны кобразованию ядовитых веществ сразу двух видов: экзо- и эндотоксинов.

4. Классификация токсинов бактериальных патогенов млекопитающих. Сравнительная характеристика эндо- и экзотоксинов.

Некоторые медицинские микробиологи ранее придерживались тенденции разделения бактериальных токсинов на классы, которые обозначали буквами латинского алфавита. В основу была положена все та же локализация обладающего токсическим эффектом вещества, но в отдельный класс выделяли некоторые компоненты капсул или наружных слоев бактериальной клеточной

Санитарная и медицинская микробиология

стенки, которые могут отделяться от клетки без ее разрушения.

По такой классификации в класс А входят токсины, полностью секретируемые из клеток, то есть типичные экзотоксины со всеми характерными для них свойствами. Примерами таких токсинов могут быть

холероген, вырабатываемый Vibrio cholerae, а-, Р-, у-, 8- гемолизины

Staphylococcus aureus, дермонекротоксин Corynebacterium diphtheriae,

отечный и летальный токсины Bacillus anthracis.

Класс В включает токсины, частично связанные с клеткой, то есть те вещества, которые могут вымываться из поверхностных структур бактериальных клеток.

Таковыми считают лабильный токсин Bordetella pertussis, а-токсин

ÐепозиториТакая классификацияÏолесÃÓ(в отличией, например, от разделения микроорганизмов на систематические группы) достаточно условна и не

Clostridium novyi, тетаноспазмин Clostridium tetani, нейротоксин Clostridium

botulinum и ряд токсинов других видов бактерий.

К классу С относят вещества, попадающ е в ткани хозяина только при разрушении клеток патогена, то есть т п чные эндотоксины. Среди них

энтеротоксин Shigella dysenteriae, «мыш ный токсин» Yersinia pestis и

множество других токсинов г амположительных и грамотрицательных

бактерий.

Благодаря успехам молекулярн й биологии и препаративной биохимии, в конце 20-го - в начале 21-го века стали быстро накапливаться сведения о механизмах действия бак ер альных токсинов на клеточном и молекулярном уровнях. Это дало основан я для попыток создания классификации на основе

новых принципов: токс ны пытают я кла сифицировать исходя из их

молекулярной структуры, их мишеней в эукариотических клетках и характера воздействия на эти мишени, а также и ходя из того, какая система секреции обеспечивает выделение этих токсинов из бактериальной клетки. Более или

является общепризнанной.

По современным представлениям экзотоксины следует разделять исходя из путей их секреции бактериальной клеткой. Здесь следует вспомнить, что для любых бактерий основой их существования является выделение белковых молекул в окружающую среду. Большинство таких молекул используется бактериями для обеспечения процесса питания (гетеротрофы расщепляют секретируемыми ферментами макромолекулярные органические соединения до мономеров, авто- и гетеротрофы используют определенные белки для захвата и транспорта определенных ионов и молекул в клетку) и антагонистических взаимоотношений с конкурентами за место и источники пищи (выделение бактериоцинов).

Поэтому практически все бактерии обладают теми или иными системами секреции, которых к настоящему времени описано, как минимум, семь.

Полесский государственный университет Страница 27

Санитарная и медицинская микробиология

Эти системы принято обозначать римскими цифрами с употреблением слова «тип», например система секреции типа IV, или иногда в англоязычной литературе используют аббревиатуры с применением арабских цифр - T4SS (сокращение от англ. «а type IV secretion system»), поскольку римские цифры в таких аббревиатурах плохо читаемы. Строение и функционирование систем секреции применительно к выделению факторов патогенности будут описаны ниже (стр. 98-139), здесь же о них упоминается для пояснения названий групп экзотоксинов бактерий.

Итак, по характеру секреции экзотоксины условно разделяют на типичные экзотоксины (секретируются посредством так называемых

(секретируются с помощью одной из систем от четвертой до седьмой).

«общих» систем секреции типа I или типа II, которые имеются как у Ðепозиторийпатогенных, так и у непатогенных бактери ), цитотоксины типа III (секретируются через систему типа III), цитотоксины типа IV-VII

По характеру действия на ткани хозя на типичные экзотоксины разделяются на:

1) токсины, действующие на мишени внутри клеток организмахозяина; 2) токсины, повреждающие мембраны хозяйских клеток или их

наружные компонентыÏолесÃÓ; 3) токсины, действующ на компоненты межклеточного вещества тканей.

Общим для всех эк отокс нов свойством является то, что, в отличие от цитотоксинов типа III ли ц тотоксинов типа IV, они обязательно попадают в окружающую бактериальную клетку реду и какое-то время находятся в свободном с ст янии. (Это, кстати, да т возможность получения их в чистом виде из культуральн й жидкости при выращивании таких патогенов в культуре).

Дал токсины внутрик еточного действия взаимодействуют со специфич скими для них п верхн стными молекулами эукариотических клеток вызывают эндоцитоз в местах прикрепления. Такой способ проникновения в

клетку хозяина определяется четвертичной структурой токсина: подавляющее большинство токсинов этой подгруппы представляют собой сочетание двух типов субъединиц.

По механизму действия токсины делятся на несколько типов:

Часть из экзотоксинов прямо повреждает мембраны клеток-мишеней

(порообразующие токсины). Типичным примером такогстоксина является а- токсин золотистого стафилококка (гемолизин). Он представляет собой грибовидной формы гептамер (7 мономеров-субъединиц) с молекулярной массой 33 кДа. состоящий из трех доменов. Его литическое действие на мембраны клеток-мишеней (моноцитов. лимфоцитов, эритроцитов, эндотелиоцитов) протекает в 3 стадии:

- На первой стадии мономеры токсина связываются с фосфатидилхолином или холестерином, которые входят в состав клеточных мембран.

Санитарная и медицинская микробиология

-На второй стадии происходит полимеризация токсина.

-На заключительной стадии образовавшийся гептамер претерпевает конформационные изменения. Образуется «ножка гриба», которая проходит сквозь клеточную мембрану. В результате в мембране возникает пора, через которую проходят ионы, небольшие молекулы и водарто приводит к разрушению ядра в ядросодержащих клетках и осмо ходит сквозь клеточную мембрану'. В результате в мембране возникает пора, через которую проходят ионы, небольшие молекулы и вода, что приводит к разрушению ядра в ядросодержащих клетках и осмотическому лизису эритроцитов.

Другие экзотоксины нарушают синтез белков. Они блокируют факторы

палочки) вырабатывают веротоксины, связывающие рибосоматьную РНК, что

элонгации или связываются с РНК рибосом. В частности, дифтерийный экзотоксинÐепозиторий, а также экзотоксин синегно ной паточки вызывают АДФрибозилирование фактора элонгации II. Энтеробактерии (шигеллы, кишечные

приводит к расстройству белкового синтеза.

Следующая группа токсинов вмеш вается в работу медиаторов

имессенджеров. передающих внут иклеточные сигналы. Примером действия

данных токсинов является х ле ген - экзотоксин холерного вибриона.

Подобные токсины состоят из субъединиц двух типов. Субъединица А ответственна за токсичносÏолесÃÓь. У холерогена она представляет собой фермент

АДФ-рибозилазу. В резуль а е ее действия происходит АДФ-рибозилирование G-белков энтероцитов с последующей активацией аденилатциклазы. В результате нарастает концентрация внутриклеточного цАМФ. что приводит к

диарее. В св ю чередь, субъединица В обе печивает прикрепление токсина к клеточнымрецепт рам и транспорт го в клетку. Сходным образом через активацию гуанилатциклазы д йствуют термостабильные экзотоксины энтеротоксиг нной кишечной па очки.

Еще одна группа токсинов выступает в роли ферментов агрессиии инвазии. Многие бактериа ьные экзотоксины, такие, как гиалуронидаза.

коллагеназа. (3-гемо лизин тистого стафилококка (сфингоми-елиназа) и др..

повреждают экстрацеллюлярные структуры или мембраны клеток путем ферментативного гидролиза, что обеспечиваетбыстрое проникновение и распространение возбудителя.

Часть токсинов-ферментов способна вмешиваться в метаболические процессы, протекающие в тканях. Наиболее сильные из известных биологических ядов, нейротоксины возбудителя ботулизма (ботулотоксин) и столбняка (тетаноспазмин), представляют по механизму действия Znзависимые металлопротеазы. Непосредственными мишенями-субстратами для их действия является группа белков, локализованных в пресинаптнческих мембранах и синаптическнх пузырьках нервных окончаний. Ботулотоксин связывается с пресинаптической мембраной мотонейронов периферической нервной системыи вызывает протеолиз белков синаптобревина. синтаксина. везикуло-ассоциированного протеина и др. Это приводит к блокаде

Санитарная и медицинская микробиология

нарушениюнервно-мышечной передачи.

Тетаноспазмин повреждает два вида нейронов. Он первоначально

связывается с рецепторами пресинаптической мембраны мотонейронов. но далее путем обратного везикулярного транспорта перемещается в спинной мозг, где проникает в тормозные и вставочные нейроны. Мишенями для этого токсина с протеазной активностью являются те же белки (синаптобревин. везикулоассоциированный протеин). Их протеолиз приводит к высвобождению нейромедиаторов (глицина и гамма-аминомасляной кислоты), что в свою очередь, приводит к клоническим и тоническим мышечным судорогам. Протеоли-тнческой активностью обладает также экзотоксин возбудителя

сибирской язвы (летазьный фактор). Он повреждает ферменты внутриклетоÐепозиторийчного метаболизма, обладающие кнназной активностью.

Наконец, некоторые экзотоксины (энтеротоксины. эксфолиатины. токсин синдрома токсического шока золотистого стаф лококка, пирогенные токсины гноеродного стрептококка и др.) являются суперантигенами и вызывают поликлональную активацию лимфоц тов с выделением цитокинов. Они обладают выраженным пирогенным действием. Механизм действия данных токсинов заключается в связывании их молекул с вариабельным участком Т-

Вследствие этого в прол ферац ю и дифференцировку вступаетвсего около 0,01-0,1% от общего ч сла Т- мфоцнтов.

клеточного рецептора к ан игену' с п следующей активацией Т-лнмфоцитов. При обычном иммунномÏолесÃÓве е ан иген прочно связывается лишь с теми Т- лимфоцитами, рецептор ко орых высокоспецнфичен к данному антигену.