Михаил Супотницкий - Микроорганизмы, токсины и эпидемии

По типу паразитизма возбудителей инфекционных болезней можно разделить на три большие группы. Облигатные паразиты — их единственной средой обитания всегда служит какой-то другой хозяин. Поэтому, независимо от путей передачи такие возбудители отличаются наиболее выраженной зависимостью от хозяев. Факультативные паразиты — помимо организма хозяина, в процессе циркуляции могут в разной мере использовать внешнюю среду. Случайные паразиты — эту группу составляют возбудители типичных сапронозов, для которых внешняя среда (почва, вода, растительные и другие органические субстраты) служит нормальной и наиболее обычной средой обитания. Возбудители инфекционных болезней используют принципиально разные стратегии паразитизма. К первой мы относим ту, при которой продолжительность инфекционного процесса лимитируется иммунной системой хозяина. Ко второй, стратегию, при которой продолжительность болезни хозяина будет ограничена продолжительностью его жизни. К третьей, стратегию, при которой продолжительность инфекции ограничивается сроком вида. Патогенность облигатных паразитов является адаптивным признаком. Их взаимодействие с хозяином носит характер коэволюции. Патогенность факультативных паразитов не придает им большей способности выживать в окружающей среде, не повышает, вероятность выживания их популяций в будущем, а является результатом «недальновидной эволюции» их вирулентности. Так как жизнь или смерть инфицированного теплокровного организма ни чего не значат для поддержания случайного паразита в природе, то его вирулентность не лимитируется необходимостью сохранения жизни своим жертвам. Болезнь может протекать в септической форме и сопровождаться высокой смертностью. Паразитический вид вынужден приспосабливаться к меняющейся среде обитания в рамках той способности к паразитизму, которая была закреплена за ним естественным отбором. Сильное отрицательное давление против высокопатогенных паразитов, использующих первую стратегию паразитизма, вызванное либо небольшой численность хозяина, либо ограниченным диапазоном паразитизма возбудителя, ведет не к становлению его как комменсала, а к его вытеснению из популяции хозяина новым микроорганизмом с другой (второй и/или третьей) стратегией паразитизма.

Факторы патогенности. Инфицирование слизистых поверхностей. Инвазия. Внутриклеточная жизнь бактериальных патогенов. Жизнь внутри вакуоли. Взаимодействие бактериальных патогенов с иммунной системой хозяина. «Острова патогенности» и система секреции бактериальной клетки.

Наличие пептидогликана у бактериальной клетки определяет основную стратегию ее паразитизма, при которой продолжительность инфекционного процесса лимитируется иммунной системой хозяина (первая стратегия). Патогенная бактерия может кратковременно имитировать вторую стратегию путем несбалансированного роста, когда утрачивается клеточная стенка (L-формы бактерий) и она становится менее узнаваемой для иммунной системы хозяина. Однако в этом случае бактерия вынуждено переходит на более низкий уровень биосинтеза органических веществ, что приводит к замедлению ее размножения. В результате возбудитель не накапливается до такой степени, что бы вызвать типичный инфекционный процесс. Болезнь переходит в стадию резидентного бактерионосительства и может закончиться гибелью паразита без смены им хозяина. Для того, что бы быть патогенными, бактерии должны: инфицировать слизистые поверхности; проникать через них в хозяина; размножаться во внутренней среде хозяина; противодействовать его защитным механизмам и причинять ему вред. Необходимость в выполнении первых двух требований отпадает, если бактерии проникают в ткани через альвеолы (в составе мелкодисперсного аэрозоля) и поврежденную кожу (укусы переносчиков). Для выполнения каждого из этих требований бактерии должны обладать рядом биологических факторов, которые кратко описаны ниже [Smith H., 1995; Finlay В., Falkow S., 1997; Бухарин О.В., Литвин В.Ю., 1997].

Факторы патогенности. Каждый из них ответственен за проявление конкретных свойств микроорганизма в инфекционном процессе. К ним относят: факторы адгезии и колонизации — с их помощью бактерии распознают рецепторы на мембранах клеток, прикрепляются к ним и колонизируют клетки (различные поверхностные структуры клеточной стенки); факторы инвазии — благодаря им бактерия проникает в клетку (белки наружной мембраны); факторы, препятствующие фагоцитозу — либо маскируют бактерию от фагоцитоза (капсула), либо подавляют фагоцитоз (различные белки — белок А у стафилококков, белок М у стрептококков); факторы, подавляющие фагоцитоз — вещества, подавляющие окислительный взрыв фагоцитов (например, V-W-антигены Y. pestis); ферменты «защиты и агрессии» бактерий — способствуют распространению бактерий по тканям хозяина (гиалуронидаза, лецитиназа, протеазы и др.); эндотоксины — представлены только у грамотрицательных микроорганизмов (липосахариды и связанные с ними белки клеточной стенки). Высвобождаются в среду организма после гибели клетки и обладают многообразным воспалительным и пирогенным действием неспецифического характера; экзотоксины (подробно о них в разделе 1.5) — токсические молекулы, активно секретируемые в окружающую среду с помощью специальных секретируемых систем [Коротяев А.И., Бабичев С.А., 1998]. Далее мы покажем участие этих факторов в инфекционных процессах.

Инфицирование слизистых поверхностей.Слизистые поверхности носоглотки, желудочно-кишечного тракта и половых путей, изобилуют комменсалами, которые ограничивают доступ патогенов к питательным веществам. Кроме того комменсалы занимают поверхностное пространство и продуцируют различные ингибирующие вещества. Механизм противодействия бактериальных патогенов комменсалам плохо изучен. Известно, что лишь очень небольшим количествам патогенов слизистой оболочки удается преодолеть эту защиту. Следующий барьер, который они должны преодолеть, это слизь. Обнаружено, по крайней мере, два механизма, позволяющие бактериям преодолевать этот барьер. Первый — это подвижность (т. е., обладание жгутиками) и хемотаксис. Второй — наличие в слизи рецепторов хозяина для адгезинов бактерий, которые удерживают бактерии и блокируют взаимодействие с рецепторами эпителиальных клеток. Патогенные бактерии способны расти в слизи, тем самым подавляя любые рецепторы или другие блокирующие агенты [Smith H., 1995]. Далее, что бы не допустить удаления в результате движения воздушного потока либо содержимого кишечника, им необходимо закрепиться на поверхности эпителия. Способность бактерий к адгезии и колонизации поверхностей закреплена естественным отбором. Она наблюдается не только в организме человека и теплокровных животных. Эта функция необходима бактериям при сапрофитическом существовании. Например, легионеллы активно прикрепляются к поверхности цианобактерий [Bohach, Snyder 1983], холерные вибрионы активно колонизируют зоопланктон, хитин которых используется ими как источник питания и стимулируют размножение холерных вибрионов [Nalin at al., 1979]. Таким об разом адгезия — это общебиологическое явление, известное как свойство микроорганизмов фиксироваться и размножаться, колонизируя поверхности различной природы. Большинство грамотрицательных бактерий прикрепляются к эпителиальным клеткам человека и животных с помощью адгезинов, представляющих собой особые органеллы [Бухарин О.В. и Усвяцов Б.Я., 1996]. Отдельные патогены используют сразу несколько «факторов адгезии», например, B. pertussis и H. influenzae. Наиболее распространенными являются пили — выросты нитевидной формы, расположенные на полюсах бактериальной клетки. Как правило, они состоят из белковых субъединиц с молекулярной массой 15000—30000 и содержат до 50 % гидрофобных аминокислот [Мороз А.Ф., 1988]. Пили используются бактериями для связи с субстратами почвы, и этот процесс нередко имеет характер адгезин-рецепторного взаимодействия, обеспечивающего им высокую специфичность при колонизации в организме теплокровного. Например, пили уропатогенньп кишечных палочек связываются с группировкой альфа-D-галактопиранозил-(1–4) — бета-В-галактопиранозида, входящей в состав гликолипида поверхности эпителия, выстилающего верхний отдел уринарного тракта [Hultgren S. et al., 1993]. Количество и тонкая структура таких рецепторов в уринарном тракте человека варьируют, однако у уропатогенных бактерий синтезируются различные адгезиновые варианты пилей, что значительно повышает вероятность их адгезии Синегнойная палочка проявляет адгезивные свойства по отношению к эпителию дыхательного тракта, чем объясняется частая его колонизация при застойных явлениях в трахее и бронхах. Адгезия синегнойной палочки к другим эукариотическим клеткам происходит только в случае их термического или химического повреждения [Мороз А.Ф., 1988].