Опера о чуме (учебник)

забудешь, как и те гнилые плоды, что способна извергнуть из себя нация, поражённая духом милитаризма и верой в своё превосходство. х можно предать забвению, отрицать и оправдывать высокой целью, но история, тот неумолимый свидетель, всё сохраняет в своей памяти, потому что каждое событие отпечатывается во взгляде.

В первом отделе отряда группа Такáхаси занимается исследованиями чумы, тогда как группы Окамóто и сикáва изучают патогенез. Во втором отделе группа Як наризанимается производством керамических бомб, а в четвёртом отделе группа Карасáва наращивает бактериальную массу. За годы исследований только чумы (с

8 по 45 года погибло около ,5 тысяч человек (около трети всех погибших «брёвен» , было вызвано несколько вспышек заболевания на территории Китая. Заражение людей происходило как в полевых условиях, так и лабораторно. Подбирались дозы и условия. ногда заражённых вскрывали заживо, чтобы лучше понять патологические изменения в органах, а художник тонкой бамбуковой кисточкой в мельчайших подробностях переносил увиденное на бумагу. Всё делалось для грядущего вторжения в сопредельные страны, которое оправдывалось единственным желанием – «улучшить» жизнь их жителей, «освободив» от западного влияния путём «вынужденной» аннексии. Война ради «мира»1. Но вместе с тем ти ужасные опыты пролили свет на патогенез чумы и других изучаемых инфекций. хотя невозможно оправдать даже одну загубленную таким образом жизнь, будет лицемерием не признать, что мы используем полученные знания, что мы приняли их и на них базируем новые, пусть и гуманные, исследования. По тому нам следует помнить, что историю бактериологии пишут не только герои, жертвующие собственной жизнью ради других, но и преступники, которые приносят кровавые жертвы на алтарь войны2.

правительство внесло на Парижской мирной конференции предложение о ликвидации расовой дискриминации, которое было поддержано большинством делегатов, но заблокировано президентом ША Ву дро Ви льсоном(1856–1924) за нарушение правил голосования.

140

Фрагмент (стр. 7 и 8) Протокола допроса военнопленного подполковника медицинской службы японской армии Ниси Сюньэй (Тосихидэ)

от 15–17 января 1947 года Хранится в Государственном архиве Российской Федерации

(Ф. Р-9492. Оп. 10с. Д. 147. Л. 405–417)

организовали собственные программы по созданию биологического оружия, которые существовали вплоть до XXI века, а, возможно, существуют до сих пор.

141

лоха кусает несчастного, и его возвращают в тюрьму, но в ранку (входные ворота уже попали чумные бактерии, знаменуя начало первого тапа инфекционного процесса. Этот тап достаточно слабо изучен, поскольку крайне сложно моделируется. ледует отметить, что блохи вносят бактерии в ткань кожи, а не подкожно, поскольку длина их ротового аппарата не позволяет проникнуть глубже дермы (Рис. . . люна блохи содержит антикоагулянт апиразу, которая незначительно блокирует агрегацию тромбоцитов и нейтрофилов, что, однако, не вносит существенного вклада в развитие инфекционного процесса. На месте входных ворот впоследствии может образоваться очаг воспаления (кожная форма), сопровождающийся зоной покраснения (редко – петехиальной сыпью и затем так называемым первичным аффектом (язвой, фликтеной, карбункулом . Только в 5 % случаев очаг воспаления достаточен для визуального обнаружения.

На данном тапе перед каждой бактерией стоят две, казалось бы, противоположные задачи: с одной стороны, необходимо обеспечить уклонение от действия факторов врождённого иммунитета (выживание , а с другой – проникнуть в макрофаги, важный клеточный фактор врождённого иммунитета, для размножения (внут-

риклеточная фаза инфекционного процесса).

Катионные антимикробные пептиды, вероятно, первое препятствие, которое встречает чумной микроб на своём пути. За уменьшение связывания бактерии с положительно заряженными пептидами отвечает ЛП (вернее, наличие N-ацетилглюкозамина в кóровой части) и модификации фосфатных групп 4-аминоарабинозой, за осуществление которой отвечает белок глюкозо-1- фосфатуридилилтрансфераза (GalU . Далее резко снижается содержание железа в тканях, что должно препятствовать размножению бактерий. Однако синтезируемый Y. pestis сидерофор йерсиниабактин{хромосома} 1 связывает имеющееся железо (комплекс YbtFe3+ и доставляет в бактерию, обеспечивая её им в достаточных количествах2. Кроме того, бактерия захватывает цинк (с помощью

1 Здесь и далее в Главах – 5 в фигурных скобках будут указаны генетические структуры, на которых присутствуют гены, кодирующие синтез указанного фактора.

2 спользование сидерофоров не является «изобретением» Y. pestis. Многие н- теробактерии используют их для связывания железа, однако они легко инактивиру-

142

йерсиниабактина{хромосома} и медь (вероятно, с помощью йерсино-

пина{хромосома}).

Далее бактерия подвергается действию лизоцима, синтезируя в ответ на него ингибитор лизоцима позвоночных (ivy, от англ. inhibitor of vertebrate lysozymes , который, связываясь с лизоцимом, ингибирует его1. Он же вносит вклад в выживание при контакте с полиморфоядерными лейкоцитами, в первую очередь нейтрофилами.

Активатор плазминогена{pPla} (скорее всего, совместно с белком Ail{хромосома} обеспечивает резистентность к системе комплемента, который является следующим фактором врождённого иммунитета: активатор плазминогена{pPla} разрушат -компонент, а Ail{хромосома} связывает фактор Н и белок, связывающий компонент 4. вязываясь с ЛП (пока ещё 6-ацильным , активатор плазминогена{pPla} расщепляет и инактивирует ингибитор пути тканевого фактора

(TFPI, от англ. tissue factor pathway inhibitor , являющийся основ-

ным ингибитором коагуляции (плазмокоагулазная активность 2 ), обеспечивая свёртывание крови в месте входных ворот (своеобразное запечатывание инфекции . Однако с продвижением бактерий вглубь дермы 6-ацильный ЛП начинает трансформироваться в 4- ацильный, что приводит к смене плазмокоагулазной активности активатора плазминогена{pPla} на фибринолитическую. Плазминоген трансформируется в активную форму (плазмин , которая вызывает разрушение усиливающих иммунную защиту сгустков фибрина, позволяя в месте укуса сформировать обширный бактериальный очаг с небольшим количеством воспалительных клеток, способствуя размножению, которое достаточно быстро привлечёт к себе дендритные клетки, нейтрофилы и резидентные тканевые

ются липокалином-2, по тому «фокус» чумного микроба состоит в том, что они синтезируют йерсиниабактин, который, в отличие от других сидерофоров, не инактивируется липокаином-2.

ЛП , а не ivy. Ранее считалось, что поскольку Y. pestis потеряла ряд генов во время волюционного отделения от Y. pseudotuberculosis, гены вирулентности, сохранённые Y. pestis, также необходимы и Y. pseudotuberculosis, как её предку, однако факт исполь-

зования ЛП для ингибирования лизоцима делает ту теорию сомнительной.

2 Вспомним: ранее считалось, что плазмокоагулазная активность обеспечивает блокообразование у блох.

143

макрофаги (Рис. .2 и Рис. . . актерия распознаётся Tollподобным рецептором TLR- , расположенным на дендритных клетках, что приводит к усилению ими синтеза интерферонов. Вместе с тем поглощение дендритными клетками, характерное для большинства бактерий, практически не происходит. Чумной микроб словно избегает их. Причины того явления до конца ещё не изучены, однако имеются сведения, что белок YopJ{плазмида pCad} обеспечивает инактивацию дендритных клеток. другой стороны, дендритные клетки могут захватывать Y. pestis с помощью маннозного рецептора CD209 (DC-SIGN, от англ. Dendritic Cell-Specific Intercellular adhesion molecule-3-Grabbing Non-integrin , присутст-

вующего на поверхности дендритных клеток и способного связываться с 6-ацильным ЛП (который всё ещё присутствует1 для последующего уноса в лимфатические узлы. Внутри дендритной клетки происходит гибель бактерий с последующим расщеплением с целью осуществления загрузки главного комплекса гистосов-

местимости (MHC, от англ. major histocompatibility complex) II клас-

са. После загрузки MHC с пептидом (в данном случае – кусочком расщеплённой бактерии (бактериальным фрагментом , таким своеобразным трофеем2 направляется к поверхности клетки, где взаимодействует с Т-клеточными рецепторами, расположенными на поверхности CD4-положительных лимфоцитов (т. е. Т- хелперов 3, что в конечном счёте приводит к выделению цитокинов4 и активации В-лимфоцитов (синтез антител , цитотоксических Т- лимфоцитов (Т-киллеров и NK-клеток5. В тот момент «в игру» вступает приобретённый иммунитет.

1 В Главе 6 мы говорили, что при температуре ° синтезируется незначительная часть 6-ацильных ЛП .

2Т. е. антигеном (от англ. antibody generator – производитель антител .

3Поскольку данный процесс осуществляется в лимфатических узлах, можно предположить, что связывание активатора плазминогена{pPla} с CD205 является стратегией бактерии для доставки в лимфатический узел.

4нтересно, что в случае некоторых животных, например, собак, бактерии практически не могут сопротивляться тому процессу, по тому заболевание протекает легче.

5Необходимо оговориться, что цитотоксических Т-лимфоцитов активируется мало (примерно 0% ввиду презентации антигена MHC II класса (сведения о возможности презентации антигена MHC I класса, который активирует большую часть цитотоксических Т-лимфоцитов, отсутствуют , а NK-клетки обнаруживаются только

влимфатическом узле и то в небольшом количестве.

144

Рис. 13.1. Срез кожи через 3 дня после укуса инфицированной блохой (мышиная модель, штамм Y. pestis 195/Р), окраска гематоксилин-эозином.

Наблюдается (А, ув. 100х) большая бактериальная масса в виде светлофиолетовой области (окружена красными стрелками), простирающейся от середины дермы (D) до эпидермиса (Е) и гиподермы (Н), что соответствует (В,

ув. 100х) расположению ротового аппарата блохи (по Sebbane F., 2006;

Copyright (2006) The National Academy of Science, U.S.A.,

публикуется с разрешения правообладателя)

Рис. 13.2. Воспалительная реакция в месте подкожного введения через 48 часов (мышиная модель), окраска гема- токсилин-эозином, иммуногистохимическое окрашивание. Наблюдаются полиморфноядерные лейкоциты (в основном

нейтрофилы) коричневооранжевого цвета (по Guinet

F., 2008):

А– контроль (физраствор); В

–штамм Y. pestis CO92;

С– штамм Y. pseudotuberculosis IP32953 (сравнение)

145

Рис. 13.3. Воспалительная реакция в месте укуса блохой (мышиная модель, биолюминесцентный штамм Y. pestis pGEN-luxCDABE). Мышь сфотографирована (В) с биолюминесценцией (А), отмечающей место укуса (красный цвет) и воспаления. Срезы кожи, взятые из этого места (С, окраска гематоксин-эозином; D, иммуногистохимическое окрашивание), обнаруживают язвенный и некротизирующий дерматит, а также большое скопление бактерий (D, коричневый цвет). На областях, выделенных красными прямоугольниками (на С), при увеличении обнаруживаются (Е) большие скопления бактерий, окружённые нейтрофилами, а также (F) область жизнеспособных и дегенеративных нейтрофилов и макрофагов (некроз), смешанных с бактериями (по Bosio C. F., 2020)

146

Захваченные нейтрофилами бактерии (Рис. .4 будут подвергнуты фагоцитозу1, который смогут пережить только 0–15%2. Главную роль в том сыграют наличие капсулы{pFra}, уже упомянутые ранее модификации ЛП , способствующие снижению действия катионных антимикробных пептидов, а также Yop-белки{плазмида pCad} (YopE, YopH, YopJ и YpkA , которые, действуя совместно, заблокируют высвобождение первичных гранул (содержащих бактерицидные ферменты и нарушат цитоскелет нейтрофила. Кроме того, синтезируемые ещё в блохе белки YitA{хромосома} и YipA{хромосома}3, локализованные на внешней мембране, повышают устойчивость бактерий к фагоцитозу. Вместе с тем в настоящее время неясно, насколько выживание микроба в нейтрофилах важно для патогенеза, поскольку практически все высвободившиеся бактерии останутся в месте первичного аффекта.

Несколько позже нейтрофилов прибывают макрофаги, которые являются для Y. pestis так называемой репликативной нишей, по тому они стремятся прикрепиться к ним, при том некоторые макрофаги унесут их в регионарные лимфатические узлы (часть бактерий по лимфатическим сосудам достигнет их самостоятельно . Прикреплению к макрофагу способствует Ail и активатор плазминогена{pPla}. Первый, вероятно, осуществляет прикрепление бактерии к β-интегринам мембраны макрофага. Последний же осуществляет модификацию белка YapE, благодаря которой он

1Тут важно уточнить, что часть инфицированных нейтрофилов будет поглощаться макрофагами в процессе ффероцитоза («зачистки» , что приведёт к секреции цитокина L-1RA, который блокирует воспаление и повышает ффективность систему секреции III типа (синтез Yop-белков .

2меются сведения, что некоторая часть захваченных бактерий даже способна размножаться в нейтрофилах!

3Оба белка относятся к семейству белков инсектицидоподобного токсинного комплекса (Тс, от англ. [insecticidal-like] toxin complex и, будучи синтезированными

при низкой температуре (в блохе , сохраняются при температуре ° в течение нескольких часов. ледовательно, если источником инфекции является теплокровный носитель, выживаемость в нейтрофилах значительно снижается. Роль других белков – членов того семейства до конца не изучена, хотя известно, что они проявляют активность против мышиных фибробластов, но не против пителиальных клеток кишечника человека, что указывает на избирательность в отношении хозяина. Кроме того, имеются сообщения, что ти белки активируются в макрофагах и используют молекулярную иглу (систему секреции III типа для проникновения в цитоплазму макрофага.

147

Рис. 13.4. Конфокальная микроскопия фагосом нейтрофилов, содержащих живые и мёртвые клетки штамма Y. pestis KIM6+, иммуногистохимическое окрашивание (по Dudte S. C.; 2017):

а – фагосомы нейтрофилов; b – живые бактерии; c – мёртвые бактерии

Рис. 13.5. Световая микроскопия (верхний ряд, окраска по Райту – Гимзе, ув. 1000х) и просвечивающая электронная микроскопия (нижний ряд, фиксация глутаровым альдегидом, ув. 6000х) макрофагов RAW 264.7 через 2,5 (а), 7,5 (b) и

27,5 (с) часов после захвата бактерий Y. pestis KIM6+. Длинные и короткие стрелки отмечают нитевидные бактерии и коккобациллы соответственно, а звёздочкой отмечено обширное вакуолярное расширение фаголизосом

(по Ponnusamy D., 2012)

148

приобретает адгезивные свойства1, а также связывается с манноз-

ным рецептором CD205 (DEC205; LY75; lympacite antigen 5 на по-

верхности макрофага, который и отвечает за поглощение бактерий макрофагом. Кроме того, как и дендритные клетки, макрофаги имеют на поверхности маннозный рецептор CD20 , благодаря которому могут также захватывать Y. pestis, связываясь с 6-ацильным ЛП (конечно, у тех бактерий, которые его ещё имеют .

круг бактерий, которая затем сливается с лизосомой (т. е. небольшой органеллой, обеспечивающей деградацию клеточных лементов , образуя таким образом фаголизосому. ложно сказать, что станет с непоглощёнными бактериями (мигрируют ли они в лимфатический узел или останутся в коже , но перед оказавшимися в макрофаге теперь стоит важная задача – выжить, поскольку именно в фаголизосоме обеспечены оптимальные условия для бактериолиза (т. е. разрушения оболочки бактерии и последующего расщепления с целью осуществления загрузки МН II класса и, соответственно, осуществления презентации (т. е. представления Т-хелперу и выделения цитокинов по сценарию, описанному выше. Ввиду того, что антитела чаще всего вырабатываются к капсульному антигену{pFra}, который синтезируется именно в макрофаге, следует предположить, что презентация бактериальных фрагментов МН II класса макрофагами ффективнее, чем презентация дендритными клетками.

Попадание в фаголизосому макрофага знаменует начало второго тапа инфекционного процесса (2– день после попадания бактерий в организм 2, во время которого бактерия подвергается действию реактивных соединений азота и кислорода. Защиту от первого обеспечивают белок RipA и бутирил-КоА-трансфераза, а

1 Этот процесс называется посттрансляционный процессинг белка, то есть химическая его модификация (изменение после синтеза на рибосоме, что, как правило, является последним тапом биосинтеза белка.