Патогенность, вирулентность, токсинообразование у бактерий

 

19.1. Патогенность и вирулентность

До сих пор мы употребляли термины «патогенность» и «вирулентность» практически как синонимы. Однако между ними существует принципиальное различие.

А. Патогенность – способность (генотипическая) микроба вызывать инфекционный процесс у чувствительного к нему человека (или животного).

Б. Вирулентность – фенотипическое проявление патогенности.

 

19.2. Характеристика патогенности

Из приведенного выше определения патогенности логически вытекает и характеристика этого свойства микроорганизмов.

А. Потенциальность – как всякий генетически детерминированный признак, патогенность может и не проявляться в данной момент или у данного штамма, который, тем не менее, сохраняет способность проявить этот свой признак в будущем, например, под влиянием изменившихся условий внешней или внутренней среды (т.е. в результате изменчивости: модификационной, мутационной, рекомбинационной).

Б. Полидетерминантность – наличие патогенности опосредуется целым рядом факторов, которые и рассматриваются как «детерминанты» («причины») патогенности.

1. Наличие у микроорганизма биологически активных веществ, действие которых, при попадании в макроорганизм, приводит к развитию патологического процесса. К таким веществам относятся входящие в состав микроба белки, полисахариды или липиды.

2. Патогенность может быть также обусловлена способностью микроба продуцироватьвещества, вызывающие патологический процесс в макроорганизме: токсины, ферменты инвазии и агрессии (см. ниже).

В. Специфичность патогенности обусловлена специфичностью действия конкретных факторов патогенности конкретного вида микроорганизма.

Г. Вирулентность характеризует степень фенотипического проявления патогенности.

 

19.3. Выявление и оценка вирулентности

Как всякий фенотипический признак, вирулентность можно не только выявить (определить качественно), но и измерить (определить количественно).

А. Существует два принципиальных подхода для выявления вирулентности.

1. Прямое определение – путем биопробы.

2. Косвенное определение – путем выявления наличия у данного микроорганизма конкретных ферментов вирулентности (Рис. 19.3-1).

Б. Для измерения вирулентности используют вычисление LD₅₀, DLM, DCL.

 

Рис. 19.3-1. Тест на выявления плазмокоагулазы (тестируемый микроорганизм помещают в плазму и инкубируют в термостате; в положительном случае – слева – образуется сгусток)

 

19.4. Единицы измерения вирулентности

Существует три единицы измерения вирулентности (и, одновременно, силы бактериального токсина): LD₅₀ (доза, вызывающая смерть у 50% животных), DLM (минимальная смертельная доза – dosisletalisminima) и DCL (абсолютно смертельная доза – dosiscertaeletalis). Все они вычисляются по одинаковому принципу, хорошо иллюстрирующемуся определение 1 DLM для дифтерийного токсина: минимальное его количество, которое при внутрибрюшинном заражении морской свинки массой 250-300 г вызывает ее гибель на 4 сутки. На практике вирулентность всегда измеряют на группе подопытных животных и, как видно из приведенного определения, при этом учитывают четыре фактора, от которых зависит величина вирулентности.

А. Способ заражения.

Б. Вид животного.

В. Вес животного. У мелких лабораторных животных по весу судят об их возрасте.

Г. Время наступления гибели животного (50% взятых в опыт животных – при вычислении LD₅₀, 95% – при вычислении DLM и 100% при вычислении DCL).

 

19.5. Факторы вирулентности

Факторами вирулентности обычно обозначаются те этапы взаимодействия микроба (а именно бактерии) с макроорганизмом, которые приводят к развитию патологического процесса, так как способностью осуществлять эти процессы и опосредуется вирулентность.

А. Адгезия – способность бактерии прикрепляться к клеткам макроорганизма.

Б. Колонизация – размножение бактерий на поверхности клеток макроорганизма после адгезии.

В. Пенетрация – проникновения бактерий внутрь клеток макроорганизма.

Г. Инвазия – проникновение бактерий через слизистые и соединительнотканные барьеры макроорганизма в подлежащие ткани.

Д. Агрессия – противостояние бактерий факторам неспецифической и иммунной защиты макроорганизма.

19.6. Характеристика факторов адгезии

Адгезия осуществляется посредством специфического взаимодействия двух молекул, одна из которых находится на поверхности бактериальной клетки, а другая – на поверхности клетки макроорганизма, которая, собственно, благодаря наличию этой молекулы и становится чувствительной по отношению к данной бактерии.

А. Специфические молекулы, участвующие в адгезии со стороны бактериальной клетки, называются адгезинами.

1. У грамположительныхбактерий адгезинами являются структуры клеточной стенки: белки, входящие в ее состав, тейхоевые кислоты.

2. У грамотрицательных бактерий в роли адгезинов выступают пили, конкретней – их белки.

Б. Специфические молекулы, участвующие в адгезии со стороны клетки макроорганизма, называются рецепторами адгезии.

1. Нативные рецепторы адгезии изначально присутствуют на поверхности клеток.

2. Индуцированные рецепторы адгезии появляются после, например, адсорбции на клетке вирусов (в результате чего в цитоплазматическую мембрану клетки встраивается вирусный гемагглютинин, который и выступает в роли рецептора адгезии).

3. Приобретенные рецепторы адгезии появляются на клетке при определенных условиях. Ими могут быть альбумины, фибронектин и другие молекулы, способные взаимодействовать с бактериальными адгезинами.

19.7. Характеристика факторов агрессии

Микроорганизм способен противостоять защитной реакции макроорганизма благодаря двум группам факторов.

А. Вещества, входящие в состав клеточных структур микроорганизма (капсулы, клеточной стенки) препятствует фагоцитозу и действию антител.

Б. Микроорганизм может продуцировать ряд ферментов (так называемые ферменты агрессии – протеазы, коагулаза, фибринолизин, лецитиназа и т.п.), действие которых препятствует формированию и эффекторному действию защитной реакции макроорганизма.

19.8. Характеристика основных ферментов патогенности (вирулентности)

Ферменты, принимающие участие в инвазии и агрессии:

А. Гиалуронидаза разрушает межклеточное вещество соединительной ткани (основой которого выступает гиалуроновая кислота).

Б. Нейраминидаза расщепляет сиаловую кислоту, входящую в состав поверхностных рецепторов клеток слизистых оболочек, что делает их доступными для взаимодействия с микробами и микробными токсинами.

В. Фибринолизин растворяет сгусток фибрина в зоне воспаления, что создает условия для распространения микробов вглубь органов и тканей.

Г. Коллагеназа вызывает интенсивное расплавление мышечной ткани.

Д. Лецитиназа действует на лецитин мембран мышечных волокон, эритроцитов и других клеток.

Е. Коагулаза свертывает плазму крови. В результате вокруг бактериальной клетки формируется непроницаемый для антител и затрудняющий действие фагоцитов «чехол».

Ж. ДНК-аза деполимеризует ДНК.

З. Протеазы разрушают антитела.

19.9. Общая характеристика бактериальных токсинов

Бактерии могут продуцировать или содержать в составе своих клеток ядовитые вещества – токсины.

А. Белковые токсины являются метаболитами некоторых грамположительных и грамотрицательных бактерий.

1. Полностью секретируемые токсины называются еще экзотоксинами.

2. Некоторые белковые токсины являются частично секретируемыми.

3. Ряд микробов продуцируют белковые токсины, которые могут оказаться вне клетки только в результате ее лизиса, такие белковые токсины называются несекретируемыми.

Б. Эндотоксин – липополисахарид, входящий в состав наружной мембраны клеточной стенки грамотрицательных бактерий.

19.10. Свойства белковых токсинов

Для белковых токсинов характерны четыре свойства.

А. Специфичность действия. Разные белковые токсины действуют на разные органы и ткани макроорганизма и, соответственно, вызывают различную клиническую симптоматику.

Б. Высокая токсичность (ядовитость).

В. Высокая иммуногенность, т.е. способность индуцировать иммунный ответ.

Г. Некоторые белковые токсины способны переходить в анатоксины. Этим термином обозначается токсин, потерявший свою ядовитость, но сохранивший иммуногенность. Анатоксины используются в качестве вакцин, для профилактики токсикоинфекций.

19.11. Классификация белковых токсинов

Существует ряд классификаций белковых токсинов по эффекту их действия на органы и ткани макроорганизма. Наиболее простая из них делит белковые токсины на четыре группы.

А. Нейротоксины действуют на клетки нервной системы.

Б. Энтеротоксины действуют на клетки желудочно-кишечного тракта.

В. Цитотоксины блокируют синтез белка на субклеточном уровне.

Г. Гемолизины повышают проницаемость поверхностной мембраны эритроцитов, вызывая их гемолиз.

19.12. Общая характеристика эндотоксина и его отличия от белковых токсинов

Токсикогенность эндотоксина связывают с липидом А (Рис. 19.12-1) – гетерополимером, состоящим из глюкозамина и жирных кислот. И все же, токсические свойства эндотоксина определяются всей его молекулой, поскольку липид А менее токсичен, чем молекула липополисахарида в целом. Эндотоксин отличается от белковых токсинов по основным пяти своим характеристикам.

А. Эндотоксин болеетермоустойчив.

Б. Эндотоксин менее токсичен (ядовит).

В. Эндотоксин является слабым иммуногеном.

Г. Действие эндотоксина менее специфично, эндотоксины разных видов бактерий действует на макроорганизм примерно одинаково.

Д. Эндотоксин не переходит в анатоксин.

 

Рис. 19.12-1. Строение бактериального липополисахарида

19.13. Клинические проявления эндотоксинемии

Не смотря на низкую, по сравнению с белковыми токсинами ядовитость, эндотоксин, тем не менее, в состоянии вызвать патологический процесс, особенно в том случае, когда попадает в кровоток (т.е. когда развивается эндотоксинемия).

А. Невысокий уровень эндотоксина в крови сопровождается лихорадкой, нарушением кровообращения (в основном местного), активацией комплемента по альтернативному пути со всеми вытекающими отсюда последствиями (см. курс иммунологии).

Б. Высокий уровень эндотоксина в крови может обусловить развитие токсикосептического шока.