Факторы патогенности - это материальные носители , обусловливающие способность микробов вызывать инфекционный процесс.
Адгезия - способность прикрепляться, связанная с элекростатическим зарядом, гидрофобностью, специфическим взаимодействием гемаглютининов, тейхоевых кислот, т.е. со структурной организацией клетки.
Колонизация - способность размножаться в организме хозяина;
Инвазия - способность проникать в клетки;
Агрессия - способность патогенных микроорганизмов размножаться в организме хозяина и противостоять его защитным механизмам.
Адгезию и колонизацию осуществляют макромолекулы, входящие преимущественно в состав поверхностных морфологических структур микробов. Инвазивность и агрессивность обусловлены, в основном, действием экзоферментов, в то время как токсическое воздействие - действием токсинов, играющих ведущую роль в развитии специфических симптомов при инфекционных заболеваниях.
Адгезия (от лат. adhaesio , прикрепляться к чему-либо) - это закрепление бактерий на поверхности клеток, что и является началом инфекционного процесса. Прикрепление к поверхности клеток обеспечивают адгезины.
· Молекулы адгезии или различные микробные продукты (белки, ЛПС, липотейхоевые кислоты) могут располагаться непосредственно на поверхности бактериальной клетки, либо входить в состав микроворсинок или капсул. Взаимодействие инфекционного агента с эпителиальными клетками происходит в результате нескольких типов связей, различных по природе и специфичности. Выделяют связи, основанные на взаимодействии электростатических сил, обусловленные гидрофобными свойствами поверхности, лиганд-рецепторные взаимодействия.
Заряд. Бактериальные и эукариотические клетки заряжены отрицательно, но поверхностные ворсинки грамотрицательных бактерий снижают заряд бактерий и уменьшают электростатические силы отталкивания.
Гидрофобность. Бескапсульные бактерии обладают высокой гидрофобностью, усиливающей адгезивность; гидрофобные участки обладают сродством к лигандам на поверхности эукариотических клеток, что и приводит к прочности связи.
Специфические взаимодействия. На поверхности бактерий имеются специфические химические группировки (молекулы) - адгезины, способные к стереоспецифическому связыванию с комплементарными рецепторами на мембранах эукариотических клеток. Между адгезинами микробов и рецепторами соматических клеток происходит лиганд-рецепторные взаимодействия, по принципу «ключ-замок». Этим объясняется органотропность микроорганизмов.
Колонизация - процесс размножения микроорганизмов на поверхности эпителия. Для успешной колонизации очага первичного инфицирования бактерии должны выдержать действие многочисленных и разнообразных микробицидных факторов хозяина. Для защиты от них микроорганизмы активно используют ряд структур (капсула, поверхностные протеины), а также синтезируемых веществ (экзоферменты).
· Капсула ингибирует начальные этапы защитных реакций - распознавание и поглощение. Капсулы «экранируют» бактериальные структуры, активирующие систему комплемента, а также структуры, распознаваемые иммунокомпетентными клетками. Например, слой капсульного вещества защищает тейхоевые кислоты стафилококков от связывания опсонинами. Гидрофильность капсул затрудняет их поглощение фагоцитами, а само капсульное вещество защищает бактерию от воздействия лизосомальных ферментов и токсичных оксидантов, выделяемых фагоцитирующими клетками.
Инвазия - способность микроорганизмов проникать через слизистые и соединительнотканные барьеры в подлежащие ткани. Этот процесс обеспечивают
· жгутики
· ферменты
Например, гиалуронидаза (Clostridium perfringens , некоторые бактерии родов Streptococcus и Staphylococcus ) расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества, что повышает проницаемость слизистых оболочек и соединительной ткани. Нейраминидаза (Vibrio cholerae, Yersinia sрp., Pasterella sрp., Streptococcus sрp ., некоторые Clostridium sрp .) разрушает гликозидные связи, отщепляя концевые сиаловые кислоты от углеводов. Сиаловые кислоты деполимеризуют поверхностные структуры эпителиальных и других клеток организма, разжижают носовой секрет, слой слизи (муцина) кишечника, способствует распространению не только через слизистую оболочку, но и внутрь клеток.
Агрессия осуществляется за счет
· Структур клеточной стенки: капсулы, клеточной стенки, липополисахаридов (ЛПС) Грам- бактерий , которые подавляют миграцию лейкоцитов, препятствуют фагоцитозу.
· Для подавления иммунитета патогенные микроорганизмы продуцируют различные экзоферменты: протеазы - разрушают иммуноглобулины (антитела), плазмокоагулазу - свертывает плазму крови, фибринолизин - растворяющий сгустки фибрина, способствуя гематогенному распространению микробов, лецитиназу - расщепляющую лецитин цитоплазматических мембран эукариотических клеток, уреаза H.pylori нейтрализует кислую среду в желудке.
Основные группы факторов патогенности микробов - бактериальные структуры, токсины и экзоферменты представлены в таблице 27.
Таблица 27. Факторы патогенности бактерий
| Фактор | Функция |
| I. Структуры клетки | |
| Капсула | антифагоцитарная функция |
| Белок A | взаимодействует с Fc-фрагментами антител |
| Пептидогликан | хемоаттрактант для лейкоцитов |
| Тейхоевые кислоты | регулируют поверхностный заряд клеток |
| Пили | обеспечивают адгезию |
| Жгутики | обеспечивают подвижность и улучшают инвазию |
| M-белок | термо- и кислотоустойчивый белок клеточной стенки стрептококков группы A, обладает антифагоцитарной функцией |
| II. Токсины | |
| Эндотоксин | активирует цАМФ (индуцирует лихорадку, мышечный протеолиз, диссеминированное внутрисосудистое свертывание, шок). |
| Экзотоксины: а) цитотоксины гистотоксины | блокируют синтез белка |
| б) мембранотоксины гемолизины лейкоцидины | повреждают цитоплазматическую мембрану, повышают её проницаемость |
| в) функциональные блокаторы | повышают проницаемость ЦПМ путем усиления аденилатциклазной активности и увеличения концентрации цАМФ, что приводит к нарушению водно-солевого метаболизма |
| г) эксфолиатины | нарушают взаимодействие между клетками кожи и приводят к генерализованной десквамации |
| III. Ферменты | |
| Фосфолипаза (лецитиназа) | расщепляет лецитин, липидный компонент ЦПМ |
| Коллагеназа | расщепляет коллаген |
| Гиалуронидаза | расщепляет гиалуроновую кислоту (компонент соединительной ткани) |
| Липаза | расщепляет липиды |
| ДНКаза | расщепляет ДНК |
| РНКаза | расщепляет РНК |
| Фибринолизин | активирует протеолитические белки плазмы, растворяет коагулированную плазму |
| β-лактамаза | разрушает β-лактамные антибиотики |
Микробные токсины
Токсины (от греч. toxikon , яд) - важнейшие факторы патогенности, вырабатываемые микроорганизмами и реализующие основные механизмы инфекционного процесса. Токсины облегчают первичную колонизацию и вызывают системные поражения, характеризующие проявления той или иной инфекционной болезни.
Токсины бактерий - продукты метаболизма, оказывающие непосредственное токсическое воздействие на специфические клетки макроорганизма, либо опосредованно вызывающие развитие симптомов интоксикации в результате индукции ими образования биологически активных веществ.
Традиционно, бактериальные токсины подразделяют на экзотоксины и эндотоксины. Сравнительная характеристика представлена в таблице 28.
эндотоксины - липополисахариды клеточной стенки грамотрицательных бактерий, освобождающиеся после ее разрушения.
экзотоксины - высокотоксичные для организма хозяина белки, синтезируемые токсигенными бактериями и секретируемые при их жизни.Экспрессируются как у Грам+, так и у Грам - бактерий.
Эндотоксины - интегральные компоненты клеточной стенки грамотрицательных бактерий, высвобождающиеся после их гибели и представленные комплексом протеинов, липидных и полисахаридных остатков. Биологическая активность напоминает таковую у некоторых медиаторов воспаления. Большие дозы эндотоксинов вызывают угнетение фагоцитоза, явления выраженного токсикоза, сопровождающиеся слабостью, одышкой, расстройством кишечника (диарея), угнетением сердечной деятельности и понижением температуры тела. При введении малых доз отмечается обратный эффект. Поступление эндотоксинов в кровяное русло приводит к лихорадке в результате их действия на клетки крови (гранулоциты, моноциты), из которых выделяются эндогенные пирогены. Начало лихорадки совпадает с ранней лейкопенией, которая сменяется вторичным лейкоцитозом. В результате усиления гликолиза в клетках может возникнуть гипогликемия. При эндотоксинемии наблюдается гипотония в результате поступления в кровь повышенного количества серотонина и кинина, а также нарушение кровоснабжения органов и ацидоз. Большие количества эндотоксина, поступившего в кровь, приводят к токсико-септическому шоку.
Экзотоксины нередко служат единственным фактором вирулентности микроорганизма, действуют дистанционно (далеко за пределами очага инфицирования) и ответственны за клинические проявления инфекции. Наибольшую токсичность проявляет ботулотоксин - 6 кг токсина могли бы убить все человечество. Высокая токсичность экзотоксинов обусловлена особенностью структуры их фрагментов, имитирующей строение субъединиц гормонов, ферментов и нейромедиаторов хозяина. В результате токсины проявляют свойства антиметаболитов, блокируют функциональную активность естественных аналогов. Экзотоксины проявляют высокую иммуногенность; в ответ на их введение образуются специфические нейтрализующие антитела (антитоксины). Анатоксин - экзотоксин, утративший свою ядовитость, но сохранивший антигенные свойства. Получают путем обработки экзотоксина 0,4 % раствором формалина при 40 °С в течение 4 недель и используют для формирования активного антитоксического иммунитета.
По степени связи с бактериальной клеткой экзотоксины разделяют на 3 группы - А, В, С.
· Группа А - токсины, секретируемые во внешнюю среду (токсин дифтерийной палочки).
· Группа В - токсины, частично секретируемы во внешнюю среду и частично ассоциированные с бактериальной клеткой (тетаноспазмин C.tetani).
· Группа С - токсины, связанные с бактериальной клеткой и высвобождающиеся после ее кибели (экзотоксины энтеробактерий).
Классификация экзотоксинов по механизму действия:
1. Цитотоксины: блокируют синтез белка на субклеточном уровне. Например, дифтерийный гистотоксин полностью угнетает действие фермента трансферазы II, ответственной за элонгацию (удлинение) полипептидной цепи на рибосоме - P.aeruginosa, S.flexneri, S. sonnei (антиэлонгаторы);
2. Мембранотоксины (гемолизины и лейкоцидины) - повышают проницаемость цитоплазматической мембраны
гемолизины- разрушают эритроциты (гемолиз) - S. aureus, S. pyogenes (О-стрептолизин), C. tetani (тетанолизин);
лейкоцидины - повреждают фагоциты (лейкоциты) - S. aureus, S. pyogenes, C.perfringens;
3. Функциональные блокаторы :
энтеротоксины - активируют клеточную аденилатциклазу, что приводит к повышению проницаемости стенки тонкой кишки и увеличению выхода жидкости в ее просвет - диарее: термостабильныеK. pneumonia, Y. enterocolitica, E. coli,термолабильные E. coli, V. cholerae (холероген);
нейротоксины - блокируют передачу импульсов в клетках спинного и головного мозга - C. tetani (тетаноспазмин), C. botulinum (ботулинический токсин);
4. Эксфолиатины - разрушают десмосомы зернистого слоя эпидермиса и отслойку рогового слоя, влияют на процесс взаимодействия клеток между собой и с межклеточными веществами - S.aureus.
Таблица 28. Сравнительная характеристика экзотоксинов и эндотоксинов
| Экзотоксины | Эндотоксины |
| Выделяются живой клеткой. В высоких концентрациях обнаруживаются в жидких питательных средах | Составная часть клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Освобождаются при гибели бактериальной клетки |
| Продуцируются грамположительными и грамотрицательными бактериями | Обнаружены только у грамотрицательных бактерий |
| Полипептиды с молекулярной массой 10 000–900 000D | Липополисахариды. Липид A отвечает за токсичность |
| Относительно нестабильны; токсичность часто быстро теряется при температуре выше 60 ˚C | Относительно стабильны; выдерживают нагревание при температуре выше 60 ˚C в течение часа без потери токсичности |
| Обладают высокой антигенностью; стимулируют образование высоких титров антитоксинов (антител) в сыворотках. Антитоксины нейтрализуют экзотоксины | Слабые иммуногены; титры специфических антител и их защитная функция ниже, чем для экзотоксинов |
| Трансформируются в антигенные, нетоксичные анатоксины при действии формалина, кислот, нагревания и т.д. Анатоксины используются для иммунизации (например, дифтерийный анатоксин) | Не трансформируются в анатоксины |
| Высокотоксичны; смертельные дозы для животных составляют единицы микрограммов и менее | Умеренно токсичны; смертельные дозы для животных измеряются десятками и сотнями микрограмм |
| Каждый экзотоксин имеет специфические рецепторы на клетках-мишенях | Эндотоксины разных групп бактерий не имеют строго специфических рецепторов. CD14 - общий рецептор для ЛПС |
| Каждый экзотоксин обладает специфическим эффектом | Все эндотоксины имеют общий эффект: лихорадка, коллапс, ДВС-синдром |
| Часто синтез контролируется экстрахромосомными генами (например, плазмидами) | Синтез контролируется хромосомными генами |
Чтобы возникла инфекционная болезнь, необходимо наличие возбудителя, обладающего патогенностью вообще и вирулентностью в частности. Одинаковы ли эти понятия? Патогенность микроба - видовой генетический признак, его потенциальная возможность вызвать при благоприятных условиях инфекционный процесс. По этому признаку все существующие микроорганизмы подразделяют на патогенные, условно-патогенные и сапрофиты. Фактически все возбудители инфекционных болезней являются патогенными, но далеко не все из них способны вызвать инфекционную болезнь, чтобы это произошло, микроорганизм, хотя и принадлежащий к патогенному виду, должен обладать вирулентностью. Поэтому нельзя ставить знак равенства между патогенностью и вирулентностью.
Микроорганизм считается вирулентным, если он при внедрении в организм животного, даже в исключительно малых дозах, приводит к развитию инфекционного процесса. Никто не сомневается в патогенности сибиреязвенной бациллы, между тем среди культур этого микроба изредка, но встречаются авирулентные штаммы, не способные вызвать заболевания у овец и даже кроликов. Бактерии рожи свиней принадлежат к патогенному виду, но немало разновидностей этого микроба было выделено из организма совершенно здоровых свиней, индеек, рыб.
Свойства патогенности и вирулентности
ПАТОГЕННОСТЬ (Pathogenicity) - видовое свойство возбудителя, характеризующее его способность размножаться и вызывать те или иные патологические изменения в организме без дополнительной адаптации. В вирусологии понятие патогенность относится к типу вируса и означает, что данное свойство представлено у всех штаммов (изолятов) этого типа. Понятию патогенность не противоречит тот факт, что высокоаттенуированные штаммы практически утратили многие отличительные черты своего типа, т. е. оказались лишенными способности к патологическому воздействию на организм хозяина. Патогенность обычно описывается только качественными признаками
ВИРУЛЕНТНОСТЬ - это степень патогенности конкретного микроорганизма. Ее можно измерить. За единицу измерения вирулентности условно приняты летальная и инфицирующая дозы. Минимальная смертельная доза - DLM (Dosis letalis minima) - это наименьшее количество живых микробов или их токсинов, вызывающее за определенный срок гибель большинства взятых в опыт животных определенного вида. Но поскольку индивидуальная чувствительность животных к патогенному микробу (токсину) различна, то была введена безусловно смертельная доза - DCL (Dosis certa letalis), вызывающая гибель 100 % зараженных животных. Наиболее точной является средняя летальная доза - LD 50, т. е. наименьшая доза микробов (токсинов), убивающая половину животных в опыте. Для установления летальной дозы следует принимать во внимание способ введения возбудителя, а также массу и возраст подопытных животных, например, белые мыши - 16-18 г, морские свинки - 350 г, кролики - 2 кг. Таким же образом определяют инфицирующую дозу (ID), т. е. количество микробов или их токсинов, которое вызывает соответствующую инфекционную болезнь.
Высоковирулентные микроорганизмы способны вызвать заболевание животных или человека в самых малых дозах. Так, например, известно, что 2-3 микобактерии туберкулеза при введении в трахею вызывают у морской свинки туберкулез со смертельным исходом. Вирулентные штаммы сибиреязвенной бациллы в количестве 1-2 клеток могут вызвать смерть у морской свинки, белой мыши и даже крупного животного.
У одного и того же микроорганизма вирулентность может значительно колебаться. Это зависит от ряда биологических, физических и химических факторов, воздействующих на микроорганизм. Вирулентность микроорганизма можно повысить или понизить искусственными приемами.
Длительное выращивание культур вне организма на обычных питательных средах, выращивание культур при максимальной температуре (опыты Л. Пастера и Л. С. Банковского), добавление к культурам антисептических веществ (двухромовокислый калий, карболовая кислота, щелочь, сулема, желчь и т. д.) ослабляют вирулентность микроорганизмов.
Пассирование (последовательное проведение) возбудителя какой-либо инфекционной болезни через определенный вид животного от зараженного к здоровому, например возбудителя рожи свиней через организм кролика, ослабляет вирулентность для свиней, но усиливает ее для самих кроликов. Действие бактериофага (биологический фактор) может привести к ослаблению вирулентности микроорганизмов.
Усиление вирулентности под действием протеолитических ферментов можно наблюдать у Cl . perfringens при естественной ассоциации с возбудителями гниения (например, сарцинами) или при искусственном воздействии ферментом животного происхождения (например, трипсином).
Связан этот эффект со способностью протеаз активизировать протоксины, т. е. предшественники эпсилон-токсина типов В и D и йота-токсина типа Е Cl . perfringens .
Вирулентность микроорганизмов связана с токсигенностью и инвазивностью.
Токсигенность (греч. toxicum - яд и лат. genus - происхождение) - способность микроба образовывать токсины, которые вредно действуют на макроорганизм, путем изменения его метаболических функций.
Инвазивность (лат. invasio - нашествие, нападение) - способность микроба преодолевать защитные барьеры организма, проникать в органы, ткани и полости, размножаться в них и подавлять защитные средства макроорганизма. Инвазионные свойства патогенных бактерий обеспечиваются за счет микробных ферментов (гиалуронидаза), капсул и других химических компонентов микробов.
Основные факторы вирулентности микробов. Под факторами вирулентности понимают приспособительные механизмы возбудителей инфекционных болезней к меняющимся условиям макроорганизма, синтезируемые в виде специализированных структурных или функциональных молекул, при помощи которых они участвуют в осуществлении» инфекционного процесса. По функциональному значению их разделяют на четыре группы: 1) микробные ферменты, деполимеризующие структуры, препятствующие проникновению и распространению возбудителя в макроорганизме; 2) поверхностные структуры бактерий, способствующие закреплению их в макроорганизме; 3) поверхностные структуры бактерий, обладающие антифагоцитарным действием; 4) факторы патогенности с токсической функцией.
К первой группе относятся:
Гиалуропидаза. Действие этого фермента в основном сводится к повышению проницаемости тканей. Кожа, подкожная клетчатка и межмышечная клетчатка содержат мукополисахариды и гиа-луроновую кислоту, которые замедляют проникновение через эти ткани чужеродных веществ, даже в жидком состоянии. Гиалу-ронидаза способна расщеплять мукополисахариды и гиалуроновую кислоту, в результате чего повышается проницаемость тканей и микроорганизм свободно продвигается вглубьлежащие ткани и органы животного организма. Синтезируют этот фермент бру-целлы, гемолитические стрептококки, клостридии и другие микроорганизмы.
Фибринолизии. Некоторые штаммы гемолитического стрептококка, стафилококков, иерсиний синтезируют фибринолизин, который разжижает плотные сгустки крови (фибрин). Гиалуронидаза и фибринолизин увеличивают способность патогенных микробов генерализировать процесс и устраняют химико-механическис препятствия на пути внедрения микробов в глубь тканей.
Нейрамипидаза отщепляет от различных углеводов связанные с ними гликозидной связью концевые сиаловыс кислоты, которые деполимеризуют соответствующие поверхностные структуры эпителиальных и других клеток организма, разжижают носовой секрет и муцинозный слой кишечника. Синтезируется она пастсреллами, иерсиниями, некоторыми клостридиями, стрепто-, диплококками, вибрионами др.
ДНК-азы (дезоксирибонуклеаза) деполимеризуют нуклеиновую кислоту, обычно появляющуюся при разрушении лейкоцитов в воспалительном очаге на месте внедрения микробов. Продуцируется фермент стафилококками, стрептококками, клостридиями и некоторыми другими микробами.
Коллагечаза гидролизует входящие в состав коллагена, желатина и других соединений пептиды, содержащие пролин. В результате расщепления коллагеновых структур наступает расплавление по мышечной ткани. Вырабатывают фермент клостридии злокачественного отека, особенно сильно Clostridium histolyticum .
Коагулаза. Цитратная или оксалатная кровяная плазма человека и животных быстро свертывается вирулентными штаммами золотистого стафилококка, таким же свойством обладают некоторые штаммы кишечной палочки и сенной бациллы. Свертывание цитратной или оксалатной крови происходит вследствие выработки перечисленными микроорганизмами фермента коагулазы.
Вторая группа включает в себя патогенные микроорганизмы, у которых обнаружены ворсинки, жгутики, пили, рибито-тейхоевые и липотейхоевые кислоты, липопротеиды и липополиса-хариды, способствующие закреплению их в макроорганизме. Это явление названо адгезией, т. е. способностью микроба адсорбироваться (прилипать) на чувствительных клетках. Адгезивность хорошо выражена у эшерихий (штаммы К-88, К-99), которые продуцируют соответствующие белковые антигены, позволяющие бактериям прикрепляться к слизистой тонких кишок, накапливаться здесь в больших количествах, продуцировать токсины и таким образом поражать макроорганизм.
Третья группа включает в себя бактерии, содержащие поверхностные структуры, обладающие антифагоцитарным действием. К ним относятся А-протеин золотистого стафилококка, М-протеин пи-огенного стрептококка, vi -антиген сальмонелл, липиды корд-фактора микобактерий туберкулеза и др. Механизм антифагоцитарного действия этих микробов объясняют не токсигенностью, а способностью блокировать антитела (опсонины) или отдельные фракции комплемента (например, Сз), способствующие фагоцитозу.
Бациллы сибирской язвы, пневмококки могут синтезировать выраженную капсулу, хорошо заметную в мазках-отпечатках, приготовленных из свежего патологического материала или из культур, выращенных на сывороточных средах. Доказано, что капсульное вещество - полисахарида у пневмококков, полипептид d -глутаминовой кислоты у сибиреязвенной бациллы - не простая механическая преграда для бактерицидных соков организма, химических, лекарственных веществ, антибиотиков; капсула и ее вещество защищают бактерии от переваривания. Капсула подавляет фагоцитоз бактерий, обеспечивает их устойчивость к антителам и усиливает их инвазионные свойства. Например, капсулообразующие сибиреязвенные бациллы не подвергаются фагоцитозу, в то время как бескапсульные варианты легко фагоцитируются.
Данный фактор патогенности сибиреязвенного микроба настолько важен, что его используют в качестве критерия для оценки степени вирулентности возбудителя сибирской язвы, а в медицинской и ветеринарной практике успешно используют вакцины (СТИ и ВГНКИ) против этой болезни, представляющие собой взвесь жизнеспособных спор бескапсульных штаммов сибиреязвенных бацилл.
К этой же группе факторов патогенности можно отнести нетоксичные неантигенные капсульные структуры некоторых стрептококков- (например, группы А), построенные из гиалуроновой кислоты. Ввиду общности с межклеточным веществом макроорганизма они, вероятно, не распознаются хозяином и остаются нефагоцитированными.
Четвертая группа включает в себя токсины. Среди токсинов микробного происхождения различают экзо- и эндотоксины. Экзотоксины - высокоактивные яды, выделяемые микроорганизмом на протяжении его жизни в качестве продуктов обмена в окружающую среду (организм животного, пробирка с культурой микроба). Эндотоксины - менее ядовитые по сравнению с экзотоксинами вещества, образующиеся в результате распада микробной клетки. Следовательно, эндотоксины представляют собой фрагменты или отдельные химические компоненты микробных клеток.
Экзотоксины в основном образуют грамположительные микроорганизмы (возбудители ботулизма, столбняка, газовой инфекции и др.), а эндотоксины образуют клетки грамотрицательных микробов (сальмонеллы, кишечная палочка, протей и др.).
Факторы патогенности - это материальные носители, обуславливающие способность микробов вызывать инфекционный процесс. Изучение факторов патогенности позволяет понять, чем патогенный микроб отличается от непатогенного и чем восприимчивый макроорганизм отличается от невосприимчивого. В отличие от сапрофитов, патогенные микробы для того, чтобы преодолеть естественные барьеры макроорганизма и существовать в нем, должны обладать способностью к адгезии и колонизации, инвазивностью, т. е. способностью к преодолению защитных барьеров макроорганизма, проникновению во внутреннюю среду макроорганизма за пределы входных ворот инфекции и распространению в его тканях, проникновению в клетки макроорганизма (пенетрация), а также обладать агрессивностью, т. е. способностью подавлять неспецифическую и специфическую реактивность организма за счет агрессинов, интерферирующих с защитными факторами макроорганизма, в том числе противостоять фагоцитозу. В настоящее время термин «инвазивность», подразумевающий способность сохраняться в макроорганизме и размножаться в нем, применяют и в отношении внеклеточных паразитов, таких как стафилококки, стрептококки, псевдомонады и т. д. Кроме того, патогенные микробы должны оказывать токсическое воздействие на макроорганизм. Каждую из этих функций патогенные микробы реализуют с помощью специализированных структур, состоящих из макромолекул, которые являются материальными носителями патогенности, обуславливающими специфичность инфекционного процесса. В основе специфичности лежит механизм биологического распознавания по принципу комплемента
Учебник состоит из семи частей. Часть первая – «Общая микробиология» – содержит сведения о морфологии и физиологии бактерий. Часть вторая посвящена генетике бактерий. В части третьей – «Микрофлора биосферы» – рассматривается микрофлора окружающей среды, ее роль в круговороте веществ в природе, а также микрофлора человека и ее значение. Часть четвертая – «Учение об инфекции» – посвящена патогенным свойствам микроорганизмов, их роли в инфекционном процессе, а также содержит сведения об антибиотиках и механизмах их действия. Часть пятая – «Учение об иммунитете» – содержит современные представления об иммунитете. В шестой части – «Вирусы и вызываемые ими заболевания» – представлены сведения об основных биологических свойствах вирусов и о тех заболеваниях, которые они вызывают. Часть седьмая – «Частная медицинская микробиология» – содержит сведения о морфологии, физиологии, патогенных свойствах возбудителей многих инфекционных заболеваний, а также о современных методах их диагностики, специфической профилактики и терапии.
Учебник предназначен для студентов, аспирантов и преподавателей высших медицинских учебных заведений, университетов, микробиологов всех специальностей и практических врачей.
5-е издание, исправленное и дополненное
Книга:
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
Факторы патогенности (вирулентности)
Патогенность как биологический признак бактерий реализуется через их три свойства: инфекциозность, инвазивность и токсигенность (или токсичность).
Под инфекциозностью (или инфективностью) понимают способность возбудителей проникать в организм и вызывать заболевание, а также «способность ми- кробов передаваться с помощью одного из механизмов передачи, сохраняя в этой фазе свои патогенные свойства и преодолевая поверхностные барьеры (кожу и слизистые)» (Королюк А. М., 1995). Она обусловлена наличием у возбудителей факторов, способствующих их прикреплению к клеткам организма и колонизации.
Под инвазивностью понимают способность возбудителей преодолевать защитные механизмы организма, размножаться, проникать в его клетки и распространяться в нем. Это свойство также связано с наличием у патогенных микроорганизмов большой группы факторов патогенности, которые наделяют их способностью к внедрению в клетки и размножению в них; факторов, подавляющих фагоцитоз и препятствующих ему; большой группы ферментов «агрессии и защиты».
Токсигенность бактерий обусловлена выработкой ими экзотоксинов. Токсичность обусловлена наличием эндотоксинов. Экзотоксины и эндотоксины обладают своеобразным действием и вызывают глубокие нарушения жизнедеятельности организма.
Инфекциозные, инвазивные (агрессивные) и токсигенные (токсические) свойства относительно слабо связаны друг с другом, они по-разному проявляются у разных микроорганизмов. Существуют микроорганизмы, у которых на первый план выходят агрессивные (инвазивные) свойства. К ним относится, например, возбудитель чумы. Хотя Y. pestis и образует экзотоксин («мышиный» токсин), однако основными факторами его патогенности служат те, которые подавляют защитные силы организма, обеспечивая быстрое внутриклеточное размножение возбудителя и распространение его по организму.
В то же время возбудители столбняка, дифтерии и ботулизма, обладая слабыми инфекциозными свойствами, продуцируют сильнейшие экзотоксины, которые и обусловливают развитие болезни, ее патогенез и клинику.
Следовательно, такое сложное биологическое свойство, как патогенность, обусловлено наличием у патогенных бактерий конкретных факторов патогенности, каждый из которых ответствен за проявление определеннных свойств. К ним относятся следующие факторы:
1. Хемотаксис и подвижность (у бактерий, имеющих жгутики). С помощью хемотаксиса бактерии ориентируются в отношении своих клеток-мишеней, а наличие жгутиков ускоряет их приближение к клеткам.
2. Ферменты, разрушающие субстраты слизи, которая покрывает эпителиальные клетки слизистых оболочек. Протеазы, нейраминидазы, лецитиназы и другие ферменты, разрушая слизь, способствуют высвобождению рецепторов, с которыми взаимодействуют микроорганизмы.
3. Факторы адгезии и колонизации, с помощью которых бактерии распознают рецепторы на мембранах клеток, прикрепляются к ним и колонизируют клетки. У бактерий функцию факторов адгезии выполняют различные структуры клеточной стенки: фимбрии, белки наружной мембраны, ЛПС и другие компоненты. Адгезия является пусковым механизмом реализации патогенности. Бактерии могут размножаться либо в клетках, либо на поверхности клеток слизистой (на их мембранах) либо проходить через них и далее распространяться по организму. Поэтому ни один возбудитель, в том числе и вирусы, не может реализовать свою патогенность, если он не способен прикрепиться к клетке (адсорбироваться на ней). В свою очередь и токсины, до тех пор, пока они не свяжутся с рецепторами мембран клеток-мишеней, также не смогут реализовать токсические функции. Поэтому адгезия и колонизация – начальные, пусковые механизмы развития болезни.
4. Факторы инвазии, т. е. факторы, с помощью которых бактерии проникают в клетку. Обычно они сопряжены с факторами, подавляющими клеточную активность и способствующими внутриклеточному размножению бактерий. Факторы инвазии у грамотрицательных бактерий обычно представлены белками наружной мембраны.
5. Факторы, препятствующие фагоцитозу, т. е. защищающие от фагоцитоза. Они также связаны с компонентами клеточной стенки и либо маскируют бактерии от фагоцитов, либо подавляют их активность. Такие факторы есть у многих бактерий. Они представлены либо капсулой из гиалуроновой кислоты, которая не распознается фагоцитами как чужеродная, так как химически не отличается от таковой организма, либо капсулами другой химической природы (у B. anthracis, Y. pestis и т. д.); различными белками, тормозящими фагоцитоз, – белок А (у стафилококков), М-белок (у стрептококков), антиген FraI у возбудителя чумы; пленка из фибрина, образующаяся у стафилококков, имеющих плазмокоагулазу; к их числу относятся также пептидогликан, тейхоевые кислоты и другие компоненты клеточной стенки.
6. Факторы, подавляющие фагоцитоз, например V-W-антигены у Y. pestis . Наличие таких факторов обусловливает незавершенный характер фагоцитоза. Чаще всего он связан с образованием бактериями веществ, которые подавляют «окислительный взрыв» фагоцитов. Незавершенный фагоцитоз – одна из важных причин хронизации течения болезни (хрониосепсис).
7. Ферменты «защиты и агрессии» бактерий. С помощью таких ферментов, как фибринолизин, лецитиназа, гиалуронидаза, протеазы и т. п., бактерии реализуют (наряду с факторами, подавляющими фагоцитоз и защищающими от него) свои агрессивные свойства. Эти ферменты способствуют их распространению в тканях организма. Одним из главных ферментов защиты (например, у стафилококков) является плазмокоагулаза. Превращая фибриноген в фибрин, этот фермент образует своеобразную белковую пленку вокруг клеток, которая и защищает их от фагоцитоза. Патогенность может быть связана и с другими ферментами бактерий, например с аминопептидазами, подавляющими хемотаксис фагоцитов, а также с продуктами жизнедеятельности бактерий, обладающими токсическими свойствами (птомаины и т. п.).
8. Токсины микробов. Различают эндотоксины и экзотоксины. Эндотоксины имеются только у грамотрицательных бактерий. Они представлены липополисахаридами и связанными с ними белками. Особенность эндотоксинов в том, что они термостабильны и высвобождаются из бактериальных клеток после их разрушения. Эндотоксины, в отличие от экзотоксинов, не обладают специфичностью действия. Их токсичность и пирогенность обусловлены липидом А, входящим в состав ЛПС и имеющим сходную структуру у разных грамотрицательных бактерий. Пирогенное действие эндотоксинов не связано с их непосредственным действием на терморегулирующие центры головного мозга. Они индуцируют выброс какого-то пирогенного вещества из полиморфно-ядерных лейкоцитов. Эндотоксины являются воспалительными агентами: они увеличивают проницаемость капилляров и оказывают разрушающее действие на клетки. Их воспалительное и пирогенное действие неспецифично. Многообразие проявлений отравления эндотоксином обусловлено не только самим ЛПС, но и высвобождением многочисленных биологически активных соединений, синтез которых он индуцирует в организме человека и животных (гистамин, серотонин, простагландины, лейкотриены и др., всего более 20). Эти вещества и обусловливают нарушения в различных органах и тканях.
Все три компонента ЛПС – липид А, ядро полисахарида и его боковая цепочка из повторяющихся сахаров – обладают выраженными антигенными свойствами. ЛПС стимулирует синтез интерферонов, активизирует систему комплемента по классическому пути, оказывает митогенное действие на лимфоциты, а также аллергенное действие. Его токсические свойства, в отличие от экзотоксинов, не снимаются при обработке формалином, и ЛПС не превращается в анатоксин.
Экзотоксины. Их продуцируют как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. У грамположительных бактерий экзотоксины активно секретируются через ЦМ и клеточную стенку в окружающую среду с использованием специальных секретирующих систем. У грамотрицательных бактерий (холерный вибрион, токсигенные кишечные палочки, сальмонеллы) некоторые экзотоксины (энтеротоксины) синтезируются только при определенных условиях непосредственно в инфицированном организме и нередко сохраняются в цитоплазме, освобождаясь из клетки только после ее разрушения.
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
Инфекционный процесс.
Учение об инфекции рассматривает свойства микробов, позволяющих им существовать в макроорганизме и оказывать на него патогенное воздействие с учетом защитно-приспособительных реакций макроорганизма на всех этапах развития болезни.
Термином "инфекция " или "инфекционный процесс " обозначают совокупность физиологических и патологических восстановительно-приспособительных реакций, возникающих в восприимчивом организме при определенных условиях окружающей среды в результате его взаимодействия с проникшими и размножающимися в нем патогенными или условно-патогенными бактериями, грибами и вирусами и направленных на поддержание постоянства внутренней среды макроорганизма (гомеостаза ). Сходный процесс, вызванный простейшими, гельминтами или насекомыми называется инвазия .
К группе белковых бактериальных токсинов относятся термолабильные и термостабильные белки, образуемые грам + и грам - патогенными бактериями с аэробным и анаэробным метаболизмом. Это ферменты, оказывающие свое повреждающее действие на макроорганизм в исключительно малых количествах. Могут секретироваться бактериальной клеткой в окружающую среду, либо находиться с клеткой в связанном состоянии, высвобождаясь при автолизе клетки.
По степени связи с бактериальной клеткой их делят на три класса:
Класс А - секретируемые во внешнюю среду;
Класс В - токсины, локализованные в периплазматическом пространстве, частично связанные с клеткой и частично секретируемые во внешнюю среду. Такие токсины называют мезотоксинами . Они не имеют сигнального пептида, поэтому не секретируются в окружающую среду. Высвобождение их происходит при слиянии с мембранами клетки и эксфолиации (отслоение, десквамация) клеточных мембран.
Класс С - токсины, прочно связанные с микробной клеткой и попадающие в окружающую среду только в результате гибели клетки.
По строению белковые токсины делят на простые и сложные .
Простые токсины образуются в виде единой полипептидной цепи или протоксина, функционально неактивного, который под действием протеаз самого микроба либо протеаз представителей нормальной микрофлоры или протеаз клеток и тканей макроорганизма превращается в активную В-А-структуру . Часть В не обладает токсичностью. Это природный токсоид или анатоксин , который выполняя транспортную функцию, взаимодействует со специфическим рецептором на эукариотической клетке и, образуя канал в ее цитоплазматической мембране, обуславливает проникновение внутрь клетки токсической группы А или активатора . Она токсична только при наличии группы В, которая обеспечивает специфичность и органотропность действия токсина.
Сложные токсины представляют собой уже готовую бифункциональную структуру, состоящую из одной или нескольких групп В, соединенных с группой А. Субъединицы А и В синтезируются в клетке независимо и в последующем соединяются в единый комплекс.
Механизм действия белковых токсинов на макромолекулярном уровне состоит из нескольких стадий.
Ввиду того , что белковые токсины являются высокомолекулярными соединениями и самостоятельно не проникают через клеточные мембраны, необходима их диссоциация. На первой стадии белковый токсин за счет своих абордажных молекул В фиксируется на поверхности клетки, взаимодействуя со специфическими рецепторами различной химической природы, что ведет к образованию комплекса токсин-рецептор .
В течение второй стадии происходит активация токсина под действием протеаз по типу ограниченного протеолиза с последующим образованием бифункциональной А-В-структуры. Изменение конформационной структуры молекулы токсина ведет к раскрытию у нее каталитического центра и появлению ферментативной активности. Третья стадия заключается в трансмембранной транслокации части А в цитоплазму клетки, где она нарушает жизненно важные биохимические процессы в клетке, действуя на свои специфические мишени.
Высокая рецепторная специфичность части В и высокая избирательность катализа части А в совокупности обуславливают специфичность действия белкового токсина.
Бактериальные токсины сходны по структуре и целому ряду других свойств с сигнальными молекулами макроорганизма: гормонами, нейромедиаторами, интерферонами и др. В ходе лиганд-рецепторного взаимодействия с клетками макроорганизма они используют уже готовые структуры, участвующие в нейрогуморальной сигнализации. Являясь антиметаболитами сигнальных молекул макроорганизма, они первоначально имитируют их действие, а затем оказывают блокирующий эффект.
Универсальность белковых токсинов заключается в их полифункциональности , и не ограничивается их значением только как факторов патогенности. Их образование играет существенную роль в экологии бактерий, их существованию в природных биоценозах. Благодаря сходству строения с бактериоцинами, они оказывают токсическое воздействие на конкурентов, в том числе и на представителей нормальной микрофлоры макроорганизма. Обладая ферментативной активностью, они выполняют трофическую функцию жизнеобеспечения микробной клетки.
Белковые бактериальные токсины являются полноценными тимусзависимыми антигенами, к ним образуются антитоксины - специфические антитела, нейтрализующие их. Из белковых токсинов можно получить анатоксины , т.е. токсины, лишенные токсических свойств, но сохранивших антигенные свои свойства, что используется при проведении вакцинопрофилактики и серотерапии.
При применении антитоксических сывороток необходимо учитывать тот факт, что белковый токсин может быть нейтрализован антителами только тогда, когда он находится в крови или лимфе, а также на поверхности клетки. Специфическими антителами блокируется взаимодействие токсина со специфическими рецепторами, нарушается процесс диссоциации комплекса токсин-рецептор и транслокации части А в цитоплазму клетки-мишени. Через мембрану клетки антитела не проникают и нейтрализовать транслоцированную часть А на могут, чем объясняется отсутствие эффекта от серотерапии при несвоевременно начатом лечении.
По механизму действия белковые бактериальные токсины делятся на пять групп:
- повреждающие клеточные мембраны;
Ингибиторы синтеза белка;
Активирующие пути метаболизма, контролируемые вторичными посредниками (мессенджерами);
Оглавление темы "Патогенность микроорганизмов. Вирулентность.":1. Патогенность микроорганизмов. Патогенные микроорганизмы. Патогенные микробы.
2. Условно-патогенные микроорганизмы. Условно-патогенные микробы. Оппортунистические патогены. Непатогенные микроорганизмы.
3. Облигатные паразиты. Факультативные паразиты. Случайные паразиты. Патогенность. Что такое патогенность?
4. Вирулентность. Что такое вирулентность? Критерии вирулентности. Летальная доза (DL, LD). Инфицирующая доза (ID).
5. Генетический контроль патогенности и вирулентности. Генотипическое снижение вирулентности. Фенотипическое снижение вирулентности. Аттенуация.
6. Факторы патогенности микроорганизмов. Факторы патогенности микробов. Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
7. Капсула как фактор патогенности микроорганизмов. Ингибирующие ферменты микробов как фактор патогенности. Инвазивность микроорганизмов.
8. Токсигенность микроорганизмов. Токсины. Парциальные токсины. Цитолизины. Протоксины.
9. Экзотоксины. Экзотоксины микроорганизмов. Классификация экзотоксинов. Группы экзотоксинов.
10. Эндотоксины. Эндотоксины микроорганизмов. Эндотоксиновый шок. Эндотоксинемия. Экзоферменты. Суперантигены.
Факторы патогенности микроорганизмов. Факторы патогенности микробов. Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
К основным факторам патогенности (вирулентности ) относят способность микроорганизмов к колонизации , их устойчивость к разным микробицидным факторам организма, свойства инва-зивности и токсигенности, а также способность к длительному персистированию.
Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
Размножению бактерий в первичном очаге инфицирования предшествует адгезия [от лат. adhaesio , прикрепляться к чему-либо], то есть закрепление бактерий на поверхности клеток, что, собственно, и служит началом инфекционного процесса. Прикрепление к поверхности клеток (например, к эпителию слизистых оболочек) обеспечивают адгезины, или факторы колонизации - различные микробные продукты - молекулы адгезии (белки, ЛПС, липо-тейхоевые кислоты). Молекулы адгезии могут располагаться непосредственно на поверхности бактериальной клетки либо входить в состав микроворсинок или капсул.
Взаимодействие инфекционного агента с эпителиальными клетками происходит в результате нескольких типов связей , различных по природе и специфичности. Выделяют связи, основанные на взаимодействии электростатических сил, обусловленные гидрофобными свойствами поверхности, лиганд-рецепторные взаимодействия.
Заряд . Бактериальные и эукариотические клетки заряжены отрицательно, но поверхностные микроворсинки грамотрицательных бактерий снижают заряд бактерий и уменьшают электростатические силы отталкивания.
Гидрофобность . Бескапсульные бактерии обладают высокой гидрофобностью, усиливающей адгезивность ; гидрофобные участки обладают сродством к лигандам на поверхности эукарио-тических клеток, что и приводит к прочности связи.
Специфические взаимодействия . На поверхности бактерий имеются молекулы, способные к стереоспецифичному связыванию с комплементарными молекулами на мембранах эукарио-тических клеток (например, гемагглютинины или тейхоевые кислоты).
Другие механизмы колонизации . Некоторые бактерии способны «заранее подготавливать» место для дальнейшего размножения; например, нейраминидаза облегчает проникновение холерного вибриона через слой слизи и контакт с сиалосодержащими рецепторами эпителия кишечника. Микроорганизмы также способны сорбироваться на бактериях, уже колонизировавших поверхность слизистых оболочек, либо связывать белки (например, фибронектин), рецепторы к которому имеются на многих клетках макроорганизма. У капсулированных бактерий в прикреплении активно участвуют полисахариды капсулы. Для успешной колонизации очага первичного инфицирования бактерии должны выдержать действие многочисленных и разнообразных микробицидных факторов хозяина. Для защиты от них микроорганизмы активно используют ряд структур (например, капсулы) и синтезируемых веществ (например, ферменты).