Михаил Супотницкий - Микроорганизмы, токсины и эпидемии

Другой варьирующей структурой семейства являются их поверхностные белки Ора. Экспрессия гена каждого такого белка независима от других и реализуется через «двухпозиционный переключатель». Каждый ора-ген в регионе, кодирующем гидрофобную сигнальную последовательность, имеет серию повторов последовательности СТСТТ. Количество СТСТТ определено рамкой трансляции гена и, в итоге, один из двух полных белков Ора экспрессируется. Рекомбинация между СТСТТ-последовательностями меняет количество СТСТТ-повторов и антигенную специфичность белка Ора [Stern A., Meyer T.F., 1987].

Borreliahermsii — возбудитель возвратной лихорадки, демонстрирует другой пример антигенных вариаций. Этот микроорганизм содержит линейную плазмиду, которая кодирует множество молчащих копий вариабельных основных белков. Подобно пилям Neisseria, через Перестановки ДНК в экспрессионные сайты на других линейных плазмидах, боррелией осуществляется экспрессия антигенно различных основных белков [Girons S., Barbour A.G., 1991].

Многие бактериальные поверхностные компоненты варьируют от штамма к штамму. Вот только несколько примеров: ЛПС сальмонелл — более 60 типов; капсула S. pneumoniae — более 80 типов; IgA-протеаза H. influenzae — более 30 вариантов; М-белок стрептококков — более 80 серотипов. Большинство вариаций вызвано маленькими нуклеотидными заменами, вставками и делециями генов, которые кодируют эти факторы вирулентности, а в результате этих процессов мы наблюдаем антигенный дрейф у возбудителя инфекции [Finlay В., Falkow S., 1997].

Продукция бактериями секретируемых факторов, инактивирующих защиту хозяина . Микробная клетка обладает средствами дистанционного действия, которые представляют многочисленную группу секретируемых бактериальных субстанций, направленных на инактивацию механизмов иммунной защиты.

Наиболее изучено образование трипсиноподобных ферментов, расщепляющих иммуноглобулины класса A (IgA). Продукция данных ферментов характерна для бактерий, инфицирующих слизистые оболочки бактерий. Протеазы данного типа некоторых микроорганизмов (P. aeruginosa и S. marcescens) действуют неспецифично и расщепляют другие гуморальные защитные протеины хозяина — лизоцим, фибронектин, и даже компоненты тканей, включая фибробласты. Бактерии также продуцируют ферменты, деградирующие комплемент, лизоцим, бактерицидный компонент лейкоцитарного интерферона, гистоны, дефенсины и др. Наши знания об этих факторах постоянно расширяются [Бухарин О.В., Усвяцов Б.Я., 1996]. Очень важным представляется их способность к полифункциональному действию (см., например, действие LasB-эластазы). Благодаря этому патоген может добиться «успехов» в новом для себя хозяине не нарушая «принципа экономии генов».

Антигенная мимикрия . Под антигенной мимикрией понимается наличие сходных структур у хозяина и паразита, представленных молекулами разного генетического набора (рис. 12). Сходство между протеинами, закодированными у микроорганизмов, и собственными протеинами хозяина — встречается достаточно широко. Данное явление оставляет отчетливые генетические следы в человеческих популяциях после глобальных эпидемических катастроф.

Рис. 12. Схема антигенной мимикрии между Kl. pneumoniae и HLA человека. Гомологичный участок Kl. pneumoniae и антигены гистосовместимости человека (HLA B-27) имеют 6 из 9 пар сходных аминокислот [Бухарин О.В., Усвяцов Б.Я., 1996]

Образование форм бактерий с отсутствием (дефектом) клеточной стенки. Невозможность «замаскировать» пептидогликан бактериальной клетки приводит к тому, что бактерия либо частично, либо полностью теряет его вместе с клеточной стенкой. С точки зрения паразита, это биологически оправданный шаг, так как возбудитель для организма становится неузнаваем и персистирование его в среде обитания продолжается [Бухарин О.В., Усвяцов Б.Я., 1996].

«Острова патогенности» и системы секреции бактериальной клетке.Так как инфекционная болезнь проявляется разнообразными патологическими процессами, протекающими в органах и тканях, то первоначально считалось, что патогенные свойства бактерий формируются с помощью каких-то редких и уникальных механизмов. Однако спектр таких механизмов оказался не так широк, как первоначально предполагалось. Была установлена общность ряда молекулярных инструментов, используемых бактериями для достижения разных целей [Finlay В., Falkow S., 1989]. Постепенно возникло и другое противоречие в представлениях о бактериальной патогенности. В ранних поисках генов вирулентности, исследователями была обнаружена локализация многих из них на плазмидах или Фагах [Брода П., 1982]. Позже стало ясно, что гены патогенности, переносимые фагами и плазмидами, не способны вызвать в организме хозяина все те патологические изменения, которые вызывают различные патогенные микроорганизмы [Mecsas J., Strauss E.J 1996], и их роль в эволюции патогенных бактерий явно преувеличена. Оба противоречия разрешились тогда, когда для исследователей интерес стали представлять хромосомы.

Было обнаружено, что большая часть так называемых факторов патогенности располагается на хромосомах отдельными кластерами из функционально связанных групп генов. Последовательности этих кластеров отличались от большей части генома, что позволили выдвинуть предположение об их «чужеродном» происхождении. Позже подобные структуры были найдены на плазмидах, однако они не охватывают всего многообразия таких структур, имеющихся на хромосомах. Эти наблюдения позволили выдвинуть концепцию «островов патогенности», расположенных на дискретных и часто имеющих чужеродное происхождение участках ДНК, кодирующих группы вирулентных признаков (табл. 2). Одновременно стали накапливаться сведения о механизме доставки синтезируемых факторов патогенности за пределы бактериальной клетки (рис. 13). В частности у вида Yersinia была обнаружена секреторная система (III типа), закодированная в одном из «островов патогенности» [Salmond G., Reeves PJ., 1993]. Механизм действия такой системы способствует продвижению эффекторных молекул в участки клетки хозяина, где они оказываются способными изменять его физиологию [Rosqvist R. et al., 1991; Rosqvist R., 1990].

Микроорганизм | Наименование | Локализация | Районы | Стабильность | Чужеродность происхождения, G-C: % островов/ % хромосомы | Функция | Размер, Кб |

Уропатогенная E. coli 536 | Остров патогенности I (Pai I) | Sel C a, 82' | 16 кб, прямые повторы, производные от sel C общий мотив с Pai II повторами | Нет | Прямые повторы; отсутствуют в E. coli нормальных фекалий и в лабораторных штаммах | альфа-гемолизин | 70