Основы общей микробиологии и иммунологии. Учебное пособие

деляют колицины, пестицины, туберкулоцины, стафилоцины и др.

– Ent–плазмида (от англ.enterotoxin –энтеротоксин) кодирует синтез энтеротоксина патогенными бактериями кишечной группы.

–Hly – плазмиды детерминируют выработку бактериями гемолизина и гемотоксина (факторы патогенности).

–Vir – плазмида, контролирующяя поверхностный антиген вирулентности и летальный токсин.

Бактерии могут иметь в своем составе одну или несколько плазмид.

Плазмиды могут быть элиминированы (выведены) из клетки путем обработки акридиновым красителем или детергентами, что приводит к утрате бактерией одного или нескольких признаков.

Cовокупность всех генетических компонентов клетки, локализованных в хромосоме и в виде самостоятельных структур в цитоплазме (плазмиды, фаги), определяют генотип микроорганизмов. Записанная в них сумма морфологических признаков и физиологических функций проявляется в фенотипе.

Приобретение новых и утрата уже имеющихся признаков связаны с изменчивостью бактерий. Различают две формы изменчивости у бактерий:

•модификационная (ненаследуемая, адаптационная) – возникает как приспособительная реакция при изменениях среды обитания и характеризуется появлением временных, не закрепленных в генотипе свойств и их быстрой утратой;

•генотипическая (наследуемая) – возникает в результате мутаций или генетических рекомбинаций и сопровождается нарушениями генетического кода.

Мутация – это скачкообразное изменение наследственного признака, обусловленное изменениями в структуре

51

ДНК бактерии, приводящее к изменению ее генотипа. Измениться может любой ген, независимо от его локализации. Это происходит в результате ошибки при копировании наследственной информации. Мутации по происхождению могут быть спонтанными, причина появления котоорых неизвестна, или индуцированными, возникающими под влиянием различных факторов – ультрафиолетовых лучей, ионизирующей радиации, и химических веществ (мутагенов).

Мутации проявляются в изменении фенотипа микроорганизма. Например, если результатом мутации явилась потеря способности синтезировать какой-либо фермент, клетка становится зависимой от присутствия в среде определенных факторов роста.

Одной из форм мутаций является диссоциация, которая сопровождается появлением в популяции особей, образующих необычные формы колоний. Так, S -формы колоний (от англ.smooth - гладкий) характеризуются круглой формой, ровными краями, гладкой блестящей выпуклой поверхностью. R - формы (от англ. rough - шероховатый) имеют неправильную форму, более крупные размеры, неровные края и шероховатую матовую поверхность. Диссоциации сопровождаются изменением свойств бактерий: утратой капсулы, снижением ферментативной активности, вирулентности, токсигенности, иммуногенности и др.

Другой формой изменчивости у микроорганизмов являются генетические рекомбинации. Суть которых состоит в том, что часть генетического материала клетки-донора переносится в реципиентную клетку, в результате чего образуется рекомбинантная хромосома и возникает клетка с признаками обоих родительских особей. К генетическим рекомбинациям относятся:

– трансформация (от лат. transformatio - превраще-

ние) – способ передачи генетической информации путем внедрения фрагмента свободной растворимой ДНК, выделенной из клетки-донора, в бактерию-реципиент. При транс-

52

формации бактерии-реципиенту могут передаваться такие признаки как вирулентность, способность к капсулообразованию, устойчивость к антибиотикам и другие признаки.

–трансдукция (от лат.transductio – перенос, перемещение) – способ передачи генетической информации от бак- терии-донора к бактерии-реципиенту с помощью бактериофага.

–конъюгация (от лат. сonjgatioсоединение) – способ передачи генетического материала от клетки донора к клетке

–реципиенту при их непосредственном контакте. Процесс конъюгации контролируется плазмидой фертильности (F- плазмидой). Автономно расположенная в цитоплазме клеткидонора F- плазмида в случае конъюгации целиком переходит в реципиентную клетку, после чего она становится донором (F+клеткой) и образует F-pili.

При интеграции F-плазмиды в бактериальную хромосому образуются Hfrклетки, обладающие высокой частотой рекомбинации. Такие плазмиды способны передавать реципиенту фрагменты хромосомы донора во время конъюгации.

Способность бактерий к различным формам изменчивости имеет большое практическое значение. С помощью генетических методов получены новые штаммы микроорганизмов – продуцентов антибиотиков, вакцины, анатоксины, витамины и др. Изменчивость бактерий необходимо учитывать в диагностике, лечении и профилактике инфекционных болезней.

ИНФЕКЦИЯ

Инфекция (от лат. infectio – заражение) – совокупность приспособительных, адаптационных реакций макроорганизма, развивающихся в результате взаимодействия с патогенными или условно-патогенными микроорганизмами. Взаимодействие микро– и макроорганизмов обусловливает

53

развитие инфекционного процесса, который проявляется поразному: от бессимптомного носительства до тяжелого инфекционного заболевания, иногда со смертельным исходом.

В развитии инфекционного процесса можно выделить несколько стадий:

•проникновение микроба в макроорганизм, адгезия

кчувствительным клеткам и их колонизация;

•нарушение постоянства внутренней среды организма (гомеостаза) в результате жизнедеятельности и размножения микроба;

•формирование защитных реакций макроорганизма, направленных на нейтрализацию микроба и его токсинов;

•восстановление гомеостаза (выздоровление) и приобретение макроорганизмом невосприимчивости к повторному заражению этим микробом, т.е. формирование иммунитета.

По какому пути пойдет развитие инфекционного процесса зависит от 3 основных факторов:

•свойств микроорганизма и его количества,

•степени восприимчивости макроорганизма – хо-

зяина,

•факторов внешней среды и социальных факторов, оказывающих влияние на исход взаимодействия первых двух.

Патогенность микроорганизмов

Патогенность (от лат. pathos – страдание, genos –

рождение) - потенциальная способность микроорганизма вызывать инфекционный процесс. Патогенность является видовым признаком микробов, важным в таксономическом отношении и позволяет подразделить их на облигатно (строго) патогенные, условно-патогенные и сапрофитные.

54

Облигатно патогенные (болезнетворные) микроорганизмы (патогены) адаптировались к паразитированию в макроорганизме, ставшим для них естественной средой обитания, и способны вызывать инфекционную болезнь.

Условно-патогенные микроорганизмы - это группа разнообразных видов, большинство из которых относится к нормальной микрофлоре человека. Причиной болезни они становятся тогда, когда проникают во внутреннюю среду организма (при медицинских манипуляциях, повреждениях кожи и слизистых) обычно пассивно, в больших количествах, на фоне резкого снижения общего и местного иммунитета. Они обладают слабыми агрессивными свойствами. Штаммы таких микробов активно циркулируют в больничных учреждениях, поэтому называются “госпитальными” или микроба- ми-оппортунистами. Они проявляют повышенную устойчивость к антимикробным и дезинфицирующим препаратам.

Сапрофиты (от лат sapros – мертвый) – микроорганизмы, которые широко распространены в объектах внешней среды (почве, воде, на предметах, на покровах человека, животных или растений), где питаются мертвыми органическими веществами.

Способность патогенных микроорганизмов размножаться и развиваться в макроорганизме – хозяине зависит от наличия факторов патогенности:

• факторы инвазивности (англ. invasive), способствующие проникновению и распространению патогенов в тканях макроорганизма ;

•факторы агрессии, обеспечивающие устойчивость микробов к действию защитных реакций организмахозяина (фагоцитозу, активности лизоцима, комплемента, антител и др.);

•токсические факторы.

55

Механизмы реализации действия этих факторов раз-

личны.

Адгезия и колонизация (colonizе-заселение) являются пусковыми механизами инфекционного процесса. Адгезия происходит в результате специфического взаимодействия особых молекулярных структур (адгезинов), расположенных на поверхности микробов, с рецепторами клеток макроорганизма. У грамотрицательных бактерий функцию адгезинов выполняют пили и основные белки наружной мембраны, у грамположительных – белки клеточной стенки и тейхоевые кислоты. Адгезия определяет и органотропность микробов, т.е. способность к размножению и заселению только определенных тканей и органов. При отсутствии адгезии инфекционный процесс не развивается.

Способность бактерий распространяться по макроорганизму обусловлена действием ферментов инвазивности - бактериальных гиалуронидазы, нейраминидазы, коллагеназы, фибринолизина, лецитиназы С, протеаз и др. Важным фактором инвазивности являются жгутики, которые обеспечивают микроорганизмам подвижность и быстрое проникновение в ткани.

Некоторые микроорганизмы способны пенетрировать (penetrate – проникать внутрь) эукариотческую клетку (эпителиальную, эндотелиальную лейкоцит, макрофаг и др.), размножаться в ней, вызывая разрушение и распространение патологического процесса.

Макроорганизм различными способами противостоит размножению и распространению патогенных микроорганизмов. Для подавления защитных реакций организма бактерии используют особые структурные элементы и физиологические реакции. К ним относят:

•капсулы;

56

•специфические белки клеточной стенки (А протеин у золотистого стафилококка, М протеин и фимбрии у патогенных стрептококков);

•белки, ассоциированные с липополисахаридом (ЛПС) грамотрицательных бактерий;

•Vi – антиген некоторых бактерий;

•ферменты агрессии (протеазы, гемолизин, ДНК-

азы и др.);

•токсины, которые условно делят на экзотоксины

иэндотоксины.

Экзотоксины – это белковые вещества, выделяемые живыми бактериями во внешнюю среду, термолабильные (разрушаются при 58-60°С) или темостабильные, обладающие высокой токсичностью. Они характеризуются выраженной специфичностью токсического действия, их выделяют грамположительные и грамотрицательные бактерии. Свойство бактерий вырабатывать экзотоксины называется токси-

генностью.

Молекула экзотоксина состоит из двух полипептидных цепей. Один полипептид выполняет транспортную (рецепторную) функцию и обеспечивает связь молекулы токсина и рецепторов чувствительной клетки. Второй полипептид осуществляет токсическую (активаторную) функцию. Он проникает внутрь клетки хозяина и блокирует жизненно важные метаболические процессы.

Экзотоксины обладают выраженной специфичностью

ииммуногенностью - способностью вызывать выработку в макроорганизме токсин нейтрализующих антител (антитоксинов).

Под влиянием формалина, нагревания, действия света

идругих факторов токсичность утрачивается, но сохраняется иммуногенность. Это свойство экзотоксинов используют для получения анатоксинов (от лат. ana – не, toxin –тосин), кото-

57

рые применяются для активной иммунопрофилактики токсикоинфекций.

По механизму действия выделяют четыре типа экзотоксинов:

•цитотоксины, дермонекротоксины - блокируют синтез белка на субклеточном уровне;

•мембранотоксины характеризуются способностью повышать проницаемость поверхностных мембран эритроцитов (гемолизины) и лейкоцитов (лейкоцидины) и разрушать эти клетки;

•токсины - функциональные блокаторы. К ним при-

надлежат токсикоблокаторы и нейротоксины. Токсикоблокаторы способны активировать клеточную аденилатциклазу, повышать проницаемость сосудов и увеличивать выход жидкости , ионов натрия и хлоридов в просвет кишечника, что приводит к развитию диареи. Нейротоксины обладают повышенным сродством к нервной ткани и могут извращать процессы передачи нервных импульсов в отдельных звеньях нервной системы.

•эксфолиатины и эритрогенины выделяют некото-

рые штаммы S.aureus и S. pyogenes, вызывающие скарлатину. Эндотоксины - это токсические субстанции, образующие сложный макромолекулярный комплекс из липополисахаридов (ЛПС) и белков клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Высвобождение эндотоксина возможно только после гибели бактерии. Эндотоксины термостабильны, менее токсичны, чем экзотоксины, не обладают специфичностью действия, имеют сходную структуру и химический состав у различных бактерий. Их токсические эффекты сопровождаются температурной реакцией в связи с тем, что под действием ЛПС высвобождаются эндогенные пирогенные вещества из лейкоцитов и макрофагов, которые непосредственно действуют на центр терморегуляции в ЦНС Биологическая

активность эндотоксинов связана с липидом А.

58

Эндотоксины относительно устойчивы к действию фенола, спирта, кислот и других химических веществ. При обработке формалином не переходят в анатоксин. Эндотоксины являются слабыми иммуногенами, а иммунные сыворотки, полученные на эти токсины, не могут полностью блокировать их токсические эффекты.

Патогенность микроорганизмов в пределах вида может меняться. Степенью, мерой патогенности является вирулентность (от лат. virulentus – ядовитый). Вирулентность признак непостоянный, может увеличиваться или уменьшаться при определенных условиях. Штаммы одного и того же вида бактерий по вирулентности могут быть высоко-, умеренно-, сла- бо–вирулентными или авирулентными (невирулентными). Высоковирулентные штаммы вызывают более тяжелые заболевания и быстро распространяются среди людей. Бактерии с ослабленной вирулентностью широко используются для получения профилактических препаратов, которые называются

вакцинами.

Для количественного выражения вирулентности применяются условные единицы, которые определяют экспериментальным путем:

•минимальная смертельная доза (ДЛМ) (DLM – dosis letalis minima) – минимальное количество бактерий, которое способно вызвать гибель 95% экспериментальных животных;

•50% смертельная доза (ЛД50) (LD50 –dosis letalis 50%) – минимальное количество микробов, при введении которых наступает гибель 50% экспериментальных животных.

•инфицирующая доза 50% (ИД50) (ID50 -infective dosis 50%) – минимальное количество бактерий, вызывающих развитие инфекционной болезни у 50% экспериментальных животных.

Косвенные данные о вирулентности могут быть получены путем качественного и количественного определения факторов патогенности (токсиногенности, наличия капсуль-

59

ных антигенов, определения ферментов агрессии – гемолизина, лецитиназы, фосфатазы и др., выявления адгезинов ). Патогенность бактерий определяется генами, входящими в состав хромосомных и мобильных генетических элементов – плазмид, транспозонов, умеренных бактериофагов.

Роль макроорганизма в инфекционном процессе

В возникновении инфекционного процесса исключительно важное значение имеет состояние макроорганизма, его особенности и характер взаимодействия с патогенными микроорганизмами.

Основным фактором является восприимчивость к патогенному микробу, т.е. способность организма реагировать на внедрение инфекционного агента развитием любой формы инфекционного процесса. Если микроб попадает в резистентный организм, инфекция не может возникнуть, так как микроб не находит условий для своего размножения и погибает под действием защитных сил организма.

Восприимчивость может быть видовой, присущей всему данному виду, и индивидуальной, зависящей от состояния организма каждого отдельного индивидуума. Видовая восприимчивость обусловлена генетически. Существуют заболевания, при которых животные являются основным резервуаром возбудителя и которыми болеют только определенные виды животных. Их называют зоонозными. Инфекционные болезни, к которым восприимчив только человек, называются антропонозными. Человек в этих случаях является единственным резервуаром возбудителя. Если заболевание передается человеку от больных животных или носителей, их называют зооантропонозными. В некоторых случаях свободноживущие микроорганизмы, естественной средой обитания которых является внешняя среда (почва, вода), могут при попадании в организм человека или животного вы-

60