Общая характеристика микобактерий туберкулеза

ТУБЕРКУЛЕЗ

(МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ И ИММУНОПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ)

Нижегородская медицинская академия

Туберкулез известен с глубокой древности и причинил чело­вечеству больше страданий, чем любая другая инфекция. Несмот­ря на блестящие достижения этиотропной терапии, туберкулез и сегодня остается серьезной проблемой, особенно в экономически отсталых странах. В современных публикациях туберкулез все ча­ще упоминается среди так называемых "возрождающихся" (англ. emerging/reemerging) инфекций. Ежегодно на земном шаре от ту­беркулеза умирают более 3 млн человек, и есть опасения, что эта тенденция нескоро сдвинется в лучшую сторону. Большую оза­боченность вызывает эволюция лекарственной устойчивости на основе генетически закрепленных мутаций М. tuberculosis. Рас­пространение резистентных биоваров может обезоружить в борь­бе с туберкулезом или, по крайней мере, заметно снизить ее эф­фективность.

Общая характеристика микобактерий туберкулеза

Туберкулез человека вызывают два вида микобактерий — Mycobacterium tuberculosis и Mycobacterium bovis (микобактерий бычьего типа). Их нетрудно различить по ряду признаков, но этого часто не требуется, так как современный туберкулез обыч­но связан с М. tuberculosis. Заражение микобактериями бычьего типа происходит при употреблении молока больных коров, и ветеринарный контроль за животными в сочетании с пастериза­цией молока практически исключает опасность для человека. Эти простые мероприятия, общепринятые после признания М. bovis самостоятельным видом микобактерий, привели к резкому сокращению заболеваемости "бычьим" туберкулезом и стали од­ним из блестящих достижений чисто санитарной эпидемиоло­гии. Полной ликвидации М. bovis мешает его циркуляция среди диких животных, "подпитывающих" домашний скот.

Известно более 50 видов микобактерий. Они объединены в род Mycobacterium семейства Mycobacteriaceae, которое относит­ся к порядку Actinomycetales.

Микобактерий туберкулеза представляют собой тонкие, прямые или слегка изогнутые палочки длиной 1—4 мкм и ши­риной около 0,3 мкм. Они неподвижны, не образуют спор и капсулы, если не считать микозидной оболочки, которую ино­гда сравнивают с микрокапсулой. Плохо окрашиваются по Граму, но, восприняв окраску, не обесцвечиваются этанолом. В связи с этим их считают грамположительными.

Способы избирательной окраски основаны на так называе­мой "кислотоустойчивости" микобактерий и включают два основ­ных этапа. Сначала повышают проницаемость клеточной стенки для насыщенного раствора красителя (расплавление восковидного слоя путем прогревания или протравливания детергентами), а затем окрашенный препарат промывают разведенными кислота­ми. Обесцвечивая большинство бактерий, этот способ сохраняет окраску микобактериальных клеток. По классической методике Циля— Нильсена на фиксированный мазок наливают карболо­вый фуксин, нагревают до отхождения паров, промывают закис-ленным этанолом (3% HCl в 85% растворе этанола) и докраши­вают метиленовым синим. Микобактерий удерживают фуксин и выглядят как красные палочки на голубом фоне; остальные бак­терии теряют фуксин и окрашиваются в синий цвет. Этанол не обязателен, но делает фон более чистым. Устойчивость к обес­цвечиванию (она связана с образованием прочных комплексов между красителем и миколовыми кислотами клеточной стенки) проявляется не только в отношении кислот, но и в отношении щелочей и спиртов, поэтому с равной долей справедливости ми­кобактерий можно называть щелоче- и спиртоустойчивыми.

Морфологическая и тинкториальная классика микобактерий имеет много исключений, породивших немало споров о природе возбудителя. Туберкулезная палочкаможет терять кислотоустойчивость и хорошо окрашиваться по Граму, превращаться в филаментозные и даже в мицелиоподобные формы, распадающиеся на палочки и кокки (гранулы/зерна Муха). Некоторые из них на­столько малы, что проходят через бактериальные фильтры (фильтрующиеся формы). Теперь ясно, что речь идет о выражен­ной фенотипической изменчивости, которая отражает экологи­ческую пластичность возбудителя и его способность выживать в неблагоприятных условиях. Потому неудивительно, что плеоморфизм туберкулезной палочки сильнее проявляется в "инвитровых" культурах, т. е. в неестественной среде обитания.

Туберкулезные микобактерий — строгие аэробы и мезофилы, т. е. растут в диапазоне температур 30—42°С, лучше всего — при 37°С. Размножение происходит очень медленно: период генера­ции составляет 14—16 ч (типичные бактерии делятся каждые 15 мин). Вот почему для получения обильного роста требуетсянеменее 4—6 нед, хотя миниатюрные колонии могут появиться че­рез 7—10 дней. Туберкулезная палочка принадлежит к числу наи­более вяло реплицирующихся микобактерий. Одной из причин отсроченного размножения микобактерий является их выражен­ная гидрофобность, связанная с высоким содержанием липидов в клеточной стенке. Это затрудняет поступление питательных ве­ществ, снижая метаболическую активность клеток.

Для выделения первичных культур (т. е. непосредственно от больного) необходимы специальные среды, самые сложные из которых содержат яйца, картофельную муку и глицерин. Для подавления сопутствующей микрофлоры добавляют малахито­вый зеленый или генциановый фиолетовый.

При культивировании на жидких средах рост происходит на поверхности (аэроб!). В микроколониях (т. е. на ранних сроках) образуются структуры, напоминающие жгуты — признак, который связывают с так на­зываемым "корд-фактором" М. tuberculosis

Разгадка своеобразия микобактерий связана с необычно­стью их поверхностных структур. В клеточной стенке, устроен­ной сложнее, чем у всех других прокариот (рис. 3), преобладают липиды (более 60% сухой массы), в том числе специфичные для микобактерий. Именно они определяют нестандартность тинкториальных, физиологических и экологических свойств тубер­кулезной палочки

Большинство липидов представлено миколовыми кислота­ми и их производными — длинноцепочечными (60—90 углерод­ных атомов), разветвленными жирными кислотами. Частьизних ковалентно связана с пептидогликаном с помощью арабиногалактана. Комплекс миколовые кислоты—арабиногалактан—пептидогликан (при экстракции хлороформом его получа­ют в виде фракции "воск D") служит основой клеточной стенки. Миколовые кислоты образуют в ней подобие палисада (см. рис. 3), определяя восковидность³ всей структуры.

Однако миколовые кислоты не только фиксированы в кар­касе клеточной стенки. Они присутствуют и в виде свободных гликолипидов — сульфолипидов (сульфатидов) и корд-фактора (точнее, корд-факторов), едва ли не самого "знаменитого" из микобактериальных липидов. В клеточных культурах корд-фак­тор токсичен для биологических (особенно митохондриальных) мембран, но это зависит от дополнительных компонентов, ко­торых могут быть лишены невирулентные штаммы М. tuberculosis и непатогенные микобактерий. На эту роль претен­дуют, в частности, сульфатиды, ко­торые образуют мембранотропные цитотоксические комплексы с корд-фактором. Впрочем, туберкулезная палочка не утрачива­ет вирулентность и при почти полном отсутствии сульфатидов. Такого рода противоречия побуждают искать более сложные (прямые и опосредованные) механизмы болезнетворности воз­будителей туберкулеза.

Уникальность и ключевая роль миколовых кислот в струк­турной организации и физиологии микобактерий делают их от­личной мишенью для этиотропной терапии. Действительно, изониазид и этионамид, которые относятся к числу наиболее эффективных противотуберкулезных средств, блокируют синтез миколовых кислот М. tuberculosis.

Снаружи клеточная стенка окутана, подобно паутине, слоем гликолипидов. Их собирательно называют "микозидами" и ино­гда сравнивают с микрокапсулой (см. рис. 2). Микозиды струк­турно и функционально напоминают липополисахариды наруж­ной мембраны грамотрицательных бактерий, но лишены их вы­сокой агрессивности. Тем не менее они токсичны и (подобно корд-фактору и сульфатидам) вызывают образование гранулем.

Еще одним компонентом клеточной стенки микобактерий, на изучении которого сконцентрировано немало исследований, является липоарабиноманнан. Он заякорен на плазматической мембране, пронизывает клеточную стенку и выходит на ее по­верхность. Липоарабино­маннан представлен гетерогенной смесью высокомолекулярных липополисахаридов, Особенности терминаль­ного фрагмента липоарабиноманнана (прежде всего его манноз-ные радикалы — кэпы) существенно влияют на взаимоотноше­ния микобактерий с макрофагами, вмешиваясь в эволюцию ту­беркулезного процесса.

Не следует забывать и о белках, которые функционируют в составе клеточной стенки, "оживляя" ее запутанную (для иссле­дователей, но не для бактерий!) архитектонику. О них известно гораздо меньше, и это, безусловно, пробел в современной ми-кобактериологии.