Факторы патогенности микроорганизмов. Факторы патогенности микробов. Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.

1
Захарова Ю.В., Марковская А.А.
Проведен анализ результатов исследований адгезивной активности и количества кишечных микроорганизмов, полученных от 50 ВИЧ-инфицированных детей. Показано, что снижение уровня бифидобактерий и лактобацилл в кишечнике коррелировало с адгезивной активностью.

Статистически значимой связи между адгезией и численностью условно-патогенных бактерий не установлено.

колонизационная резистентность

В настоящее время одним из приоритетных направлений в профилактической деятельности и в борьбе с ВИЧ-инфекцией в педиатрической практике являются увеличение продолжительности жизни инфицированных детей и минимизация риска развития вторичных бактериальных осложнений [4].

Самым крупным резервуаром условно-патогенных микроорганизмов является кишечник, поэтому сохранение стабильности микробиоценоза и его нормализация при нарушениях значительно снижает риск развития эндогенных инфекций. В связи с целесообразностью повышения эффективности у ВИЧ-инфицированных детей методов и средств коррекции кишечной микрофлоры возникает необходимость изучения некоторых механизмов развития микроэкологических нарушений.

Значение адгезивных характеристик бактерий для макроорганизма может рассматриваться с двух позиций. С одной стороны, адгезивный потенциал индигенной микрофлоры является одним из факторов реализации колонизационной резистентности слизистой кишечника и препятствия прикреплению к рецепторам слизистой патогенных микроорганизмов.

С другой стороны, при развитии дисбиотических нарушений адгезивные свойства оппортунистической микрофлоры рассматривают в роли фактора патогенности, так как они позволяют микробам закрепиться на поверхности кожи, слизистых и колонизировать данный биотоп, достигая определенного популяционного уровня [1, 2].

В настоящее время уже показан характер изменений адгезивных характеристик микробов при развитии микроэкологических нарушений рото- и носоглотки, влагалища, предложены подходы к снижению адгезии у условно-патогенных бактерий.

В то же время данные о биологических свойствах представителей микробиоты кишечника довольно немногочисленны, что, вероятно, обусловлено видовым разнообразием данного биотопа [5].

Особую значимость приобретает изучение влияния адгезивных свойств бактерий на их количество в кишечном биотопе у детей с иммунодефицитами, так как при ВИЧ-инфекции нередко собственная условно-патогенная микрофлора, достигая высоких концентраций, является этиологическим фактором развития инфекционных осложнений.

Цель исследования — оптимизация методов коррекции микроэкологических нарушений кишечника у ВИЧ-инфицированных детей.

Материал и методы исследования

Были изучены способность к адгезии и колонизационный уровень микросимбионтов кишечника у 50 ВИЧ-инфицированных детей в возрасте 2,0 ± 0,2 года. Исследование кишечного микробиоценоза проводили с помощью количественного бактериологического метода.

Для выделения облигатно-анаэробных бактерий применяли анаэростаты (BBL, США) и газогенерирующие пакеты (НПО «Новое дело», Санкт-Петербург).

Идентификацию бактерий и грибов осуществляли с использованием коммерческих тест систем ANAERO-TEST 23 (Lachema, Чехия), ПБДС (Нижний Новгород), STREPTO-TEST 16 (Lachema, Чехия), AUXOCOLOR (BioRad, Франция), СИБ для энтеробактерий набор № 2 (НПО «Микроген», Нижний-Новгород).

Интерпретацию результатов исследования кишечного микробиоценоза вели согласно региональным значениям нормы [3]. Было идентифицировано 269 культур микроорганизмов. Проведено 886 опытов по изучению биологических свойств участников симбиотических ассоциаций.

Адгезивные свойства микроорганизмов изучали согласно методике В.И. Брилиса. Для этого культуры выращивали в течение 24 часов на скошенном мясо-пептонном агаре с учетом типа дыхания. Взвесь микроорганизмов готовили на стерильном изотоническом растворе хлорида натрия в концентрации 109 КОЕ/мл.

Клеточным субстратом служили формализированные эритроциты человека 0 (I) группы Rh (+), густотой 100 млн/мл. Эритроциты и взвесь микроорганизмов в равных объемах по 50 мкл соединяли в пробирках и инкубировали при 37 °С в течение 1 часа, регулярно встряхивая смесь.

После этого готовили мазок, высушивали, фиксировали 96 %-м спиртом 15 мин и окрашивали по Романовскому-Гимза. Изучение адгезии проводили под световым микроскопом, подсчет вели на 50 эритроцитах.

Оценку результатов опыта вели по индексу адгезивности микроорганизма (ИАМ), который характеризует среднее количество микробных клеток на одном участвующем в адгезивном процессе эритроците. Микроорганизмы считали неадгезивными при ИАМ ≤ 1,75; низкоадгезивными — от 1,76 до 2,5; среднеадгезивными — от 2,51 до 4,0 и высокоадгезивными при ИАМ ≥ 4,0.

Для статистического анализа использовали пакет прикладных программ Statistica (версия 6.1 лицензионное соглашение ВХХR 006ВО92218 FAN 11).

Статистическая обработка информации строилась с учетом характера распределения данных, которое не соответствовало нормальному. Характер распределения переменных величин в рассматриваемой совокупности определяли с помощью построения гистограмм.

Для анализа связей между колонизационным уровнем бактерий и их адгезивной активностью применяли коэффициент корреляции Спирмена.

Результаты исследования и их обсуждение

Среди многочисленных функций, выполняемых индигенной микрофлорой, ведущей признается обеспечение колонизационной резистентности.

Это придает индивидуальную и анатомическую стабильность микрофлоре, обеспечивает предотвращение заселения биотопа посторонними микроорганизмами и распространение нормофлоры за пределы их естественного места обитания [1, 2].

В связи с этим у доминантных микросимбионтов кишечника ВИЧ-инфицированных детей была изучена in vitro способность к адгезии, как основного механизма, позволяющего им формировать биопленку на слизистой.

Установлено, что бифидобактерии характеризовались средней адгезивной активностью, так как среднее значение ИАМ в выборке составило 3,29 (от 1,19 до 7,48).

Среди бифидобактерий только 16,25 % были отнесены к высокоадгезивным штаммам, тогда как большинство из них проявляли низкую (40,85 %) или среднюю (42,9 %) способность к адгезии. Возможно, это обусловлено изменением видовой структуры этих микросимбионтов, так как на долю Bifidobacterium bifidum, которые должны доминировать среди бифидофлоры, приходилось только 7,69 %. В структуре видового состава бифидобактерий наибольший удельный вес занимали B.breve (34,62 %). На долю B.dentium приходилось 30,76 %, B.longum — 29,92 %.

Лактобациллы, так же как и бифидобактерии, характеризовались среднеадгезивными особенностями. ИАМ в выборке составил 2,78 (от 2,01 до 6,5), 54,43 % лактобацилл были отнесены к микроорганизмам со средней адгезивной активностью, а 42,8 % — к низкоадгезивным. Только 2,77 % штаммов проявляли высокую способность к адгезии.

Установлена прямая корреляционная связь между ИАМ и интенсивностью колонизации слизистой кишечника бифидобактериями и лактобациллами (r = 0,56; p = 0,00).

При этом преобладание среднеадгезивной активности у данных микроорганизмов обусловливает у ВИЧ-инфицированных детей невысокий популяционный уровень бифидобактерий (7,62 lg КОЕ/г) и лактобацилл (6,42 lg КОЕ/г), при региональных значениях нормы 9-10 lg КОЕ/г и 8-9 lg КОЕ/г соответственно.

Дефицит анаэробной части доминантных микросимбионтов у детей с ВИЧ-инфекцией компенсируется избыточным ростом типичных кишечных палочек, количественный уровень которых составил 8,3 lg КОЕ/г при норме не более 8 lg КОЕ/г.

Однако в популяции Escherichia coli lac+ преобладали низкоадгезивные штаммы, доля которых достигала 52,94 %. Средней адгезивной активностью обладали 29,41 % штаммов, на высокоадгезивные эшерихии приходилось только 17,65 % культур.

По данным литературы, к доминантным микросимбионтам помимо бифидобактерий, лактобацилл и типичных кишечных палочек относят Enterococcus faecalis [1, 2].

Интенсивность колонизации слизистой кишечника данными бактериями составила 6,46 lg КОЕ/г, что свидетельствует о недостаточном популяционном уровне энтерококков в биоценозе ВИЧ-инфицированных детей, так как в норме их количество должно достигать 7-8 lg КОЕ/г фекалий. При этом установлено, что связь между адгезивной активностью E.

faecalis и интенсивностью колонизации слизистой отсутствовала (r = 0,14; p = 0,72), что позволяет говорить о наличии специфических механизмов поддержания определенного популяционного уровня у данных микроорганизмов.

Нарушение колонизационной резистентности слизистой кишечника у детей с ВИЧ-инфекцией сопровождалось формированием многокомпонентных ассоциаций, состоящих из дрожжевых грибов и условно-патогенных бактерий, представленных золотистыми стафилококками и клебсиеллами.

При этом отмечали, что Staphylococcus aureus и Klebsiella spp, так же как и постоянные представители, характеризовались среднеадгезивной активностью — ИАМ составил 3,7 (от 0,1 до 10,42) и 3,05 (от 0,9 до 6,59) соответственно.

Среди стафилококков 30,6 % штаммов были охарактеризованы как высокоадгезивные, 44,4 % культур являлись среднеадгезивными и только 19,4 % проявляли низкую адгезивную активность.

Высокоадгезивные клебсиеллы были выделены в 13,6 % случаев, в большинстве случаев данные микроорганизмы проявляли низкую и среднюю способность к адгезии (31,8 и 36,4 % соответственно), а 18,2 % были неадгезивными.

При изучении количественного уровня условно-патогенной микрофлоры было установлено, что содержание золотистых стафилококков в кишечнике детей с ВИЧ-инфекцией в среднем составило 3,21 lg КОЕ/г (от 2 до 6 lg), несмотря на высокую долю в популяции штаммов с высокой и средней способностью к адгезии. В то же время содержание клебсиелл, которые были неадгезивными или низкоадгезивными, достигало 6,94 lg КОЕ/г (от 4 до 9 lg). Связи между адгезивной активностью условно-патогенных бактерий и их количественным уровнем выявлено не было (r = 0,14; p = 0,47), что дает право предполагать о наличии иных, чем у доминантной микрофлоры механизмов формирования популяционного уровня. Таким образом, полученные результаты раскрывают дальнейшие перспективы исследований, направленных на изучение механизмов интерференции (вытеснения) условно-патогенной микрофлорой доминантных микросимбионтов.

Выводы

Читайте также:  Ринорус - инструкция по применению, отзывы, аналоги и формы выпуска (спрей назальный и капли в нос 0,05% и 0,1%) препарата для лечения насморка, синусита и евстахиита у взрослых, детей и при беременности

1. Популяционный уровень бифидобактерий и лактобацилл в кишечном микробиоценозе ВИЧ-инфицированных детей прямо зависит от адгезивных характеристик данных бактерий (r = 0,56; p = 0,00), тогда как связи между адгезивной активностью и количеством условно-патогенных микроорганизмов выявлено не было (r = 0,14; p = 0,47).

2. Восстановление колонизационной резистентности кишечника у ВИЧ-инфицированных детей целесообразно проводить на основе использования высокоадгезивных штаммов бифидобактерий и лактобацилл. В то же время модуляция адгезивных свойств условно-патогенной микрофлоры не позволит повлиять на их количественное содержание в кишечнике.

Работа выполнена на средства Гранта Президента РФ МК-971.2010.7

Список литературы

  1. Бондаренко В.М., Рябиченко Е.В. Роль дисфункции кишечного барьера в поддержании хронического воспалительного процесса различной локализации // Журн. микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. — 2010. — № 1. — С. 92-100.
  2. Бухарин О.В. Инфекция — модельная система ассоциативного симбиоза // Журн. микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. — 2009. — № 1. — С. 83-86.
  3. Возрастные особенности микробиоценоза кишечника у жителей г. Кемерово / Л.А. Леванова, В.А. Алешкин, А.А. Воробьев и др. // Журн. микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. — 2001. — № 3. — С. 72-75.
  4. Онищенко Г.Г. Санитарно-эпидемиологическая обстановка в Российской Федерации. Основные проблемы и приоритетные направления профилактической деятельности на современном этапе // Вестник РАМН. — 2009. — № 7. — С. 30-36.
  5. Шитов Л.Н., Романов В.А. Влияние иммунодепрессантов на популяционный уровень и адгезивные свойства условно-патогенных бактерий толстой кишки белых мышей // Журн. микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. — 2009. — № 6. — С. 12-16.

Рецензенты:

Глушанова Н.А., д.м.н., профессор кафедры микробиологии ГОУ ДПО «Новокузнецкий государственный институт усовершенствования врачей Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», г. Новокузнецк;

Кувшинов Д.Ю., д.м.н., профессор, зав. кафедрой нормальной физиологии ГОУ ВПО «Кемеровская государственная медицинская академия Росздрава», г. Кемерово.

Библиографическая ссылка

Захарова Ю.В., Марковская А.А. ВЛИЯНИЕ АДГЕЗИВНОЙ АКТИВНОСТИ БАКТЕРИЙ НА ИХ КОЛИЧЕСТВЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ В КИШЕЧНИКЕ У ВИЧ-ИНФИЦИРОВАННЫХ ДЕТЕЙ // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 7. – С. 61-63;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=26724 (дата обращения: 13.04.2022). Факторы патогенности микроорганизмов. Факторы патогенности микробов. Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.

вопрос 35 — микробиология экзамен

35    
Патогенность и вирулентность бактерий.
Патогенные, условно-патогенные и сапрофитные микроорганизмы. Факторы
патогенности.

  • Среди бактерий по способности
    вызывать заболевание выделяют:
  • 1) патогенные;
  • 2) условно-патогенные;
  • 3) сапрофитные.
  • Патогенные виды
    потенциально способны вызывать инфекционное заболевание.

Патогенность – это
способность микроорганизмов, попадая в организм, вызывать в его тканях и
органах патологические изменения. Это качественный видовой признак,
детерминированный генами патогенности – вирулонами. Они могут локализоваться в
хромосомах, плазмидах, транспозонах.

  1. Условно-патогенные
    бактерии могут вызывать инфекционное
    заболевание при снижении защитных сил организма.
  2. Сапрофитные бактерии никогда не вызывают заболевания, так как они
    не способны размножаться в тканях макроорганизма.
  3. Реализация патогенности идет
    через вирулентность – это способность микроорганизма проникать в макроорганизм,
    размножаться в нем и подавлять его защитные свойства.

Это штаммовый признак, он
поддается количественной характеристике. Вирулентность – фенотипическое
проявление патогенности.

  • Количественными
    характеристиками вирулентности являются:
  • 1) DLM (минимальная летальная
    доза) – это количество бактерий, при введении которых соответствующим путем в
    организм лабораторных животных получают 95–98 % гибели животных в эксперименте;
  • 2) LD 50 – это количество
    бактерий, вызывающее гибель 50 % животных в эксперименте;
  • 3) DCL (смертельная доза)
    вызывает 100 %-ную гибель животных в эксперименте.
  • К факторам вирулентности
    относят:
  • 1) адгезию – способность
    бактерий прикрепляться к эпителиальным клеткам. Факторами адгезии являются
    реснички адгезии, адгезивные белки, липополисахариды у грамотрицательных
    бактерий, тейхоевые кислоты у грамположительных бактерий, у вирусов –
    специфические структуры белковой или полисахаридной природы;
  • 2) колонизацию – способность
    размножаться на поверхности клеток, что ведет к накоплению бактерий;
  • 3) пенетрацию – способность
    проникать в клетки;
  • 4) инвазию – способность
    проникать в подлежащие ткани. Эта способность связана с продукцией таких ферментов,
    как гиалуронидаза и нейраминидаза;
  • 5) агрессию – способность
    противостоять факторам неспецифической и иммунной защиты организма.

Патогенность — видовой признак, передающийся по наследству,
закрепленный в геноме микроорганизма, в процессе эволюции паразита, т. е. это
генотипический признак, отражающий потенциальную возможность микроорганизма
проникать в макроорганизм (инфективность)
и размножаться в нем (инвазионность),
вызывать комплекс патологических процессов, возникающих при заболевании.

Фенотипическим признаком
патогенного микроорганизма является его вирулентность,
т.е. свойство штамма, которое проявляется в определенных условиях (при
изменчивости микроорганизмов, изменении восприимчивости макроорганизма и т.д.).

Вирулентность можно повышать, понижать, измерять, т.е. она является мерой патогенности. Количественные показатели
вирулентности могут быть выражены в DLM (минимальная летальная доза), DL«
(доза, вызывающая гибель 50 % экспериментальных животных).

При этом учитывают
вид животных, пол, массу тела, способ заражения, срок гибели.

К факторам патогенности относят способность
микроорганизмов прикрепляться к клеткам (адгезия), размещаться на их
поверхности (колонизация), проникать в клетки (инвазия) и противостоять
факторам защиты организма (агрессия).

Адгезия является пусковым механизмом инфекционного процесса. Под адгезией
понимают способность микроорганизма адсорбироваться на чувствительных клетках с
последующей колонизацией. Структуры, ответственные за связывание микроорганизма
с клеткой называются адгезинами и располагаются они на его поверхности.

 Адгезины очень разнообразны по строению и
обусловливают высокую специфичность — способность одних микроорганизмов
прикрепляться к клеткам эпителия дыхательных путей, других — кишечного тракта
или мочеполовой системы и т.д.

 На процесс адгезии могут влиять
физико-химические механизмы, связанные с гидрофобностью микробных клеток,
суммой энергии притяжения и отталкивания. У грамотрицательных бактерий адгезия
происходит за счет пилей I и общего типов.

У грамположительных бактерий
адгезины представляют собой белки и тейхоевые кислоты клеточной стенки. У
других микроорганизмов эту функцию выполняют различные структуры клеточной
системы: поверхностные белки, липополисахариды, и др.

Инвазия. Под инвазивностью понимают способность микробов проникать через
слизистые, кожу, соединительно-тканные барьеры во внутреннюю среду организма и
распространятся по его тканям и органам. Проникновение микроорганизма в клетку
связывается с продукцией ферментов, а также с факторами подавляющими клеточную
защиту.

Так фермент гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в
состав межклеточного вещества, и, таким образом, повышает проницаемость
слизистых оболочек и соединительной ткани.

Нейраминидаза расщепляет нейраминовую
кислоту, которая входит в состав поверхностных рецепторов клеток слизистых
оболочек, что способствует проникновению возбудителя в ткани.

Агрессия. Под агрессивностью понимают способность возбудителя противостоять
защитным факторам макроорганизма.

К факторам агрессии
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.

Коллагеназа 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.

 Патогенность может быть связана и с другими
ферментами микроорганизмов, при этом они действуют как местно, так и
генерализовано.

Важную роль в развитии
инфекционного процесса играют токсины.
По биологическим свойствам бактериальные токсины делятся на экзотоксины и
эндотоксины.

Экзотоксины продуцируют как грамположительные, так и
грамотрицательные бактерии. По своей химической структуре это белки. По
механизму действия экзотоксина на клетку различают несколько типов:
цитотоксины, мембранотоксины, функциональные блокаторы, эксфолианты и
эритрогемины.

Читайте также:  Диагностика меркелиомы. лечение меркелиомы.

Механизм действия белковых
токсинов сводится к повреждению жизненно важных процессов в клетке: повышение
проницаемости мембран, блокады синтеза белка и других биохимических процессов в
клетке или нарушении взаимодействия и взаимокоординации между клетками.

Экзотоксины являются сильными
антигенами, которые и продуцируют образование в организме антитоксинов.
Экзотоксины обладают высокой токсичностью.

Под воздействием формалина и
температуры экзотоксины утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенное
свойство.

Такие токсины получили название анатоксины и применяются для
профилактики заболевания столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также
используются в виде антигенов для иммунизации животных с целью получения
анатоксических сывороток.

Эндотоксины по своей химической структуре являются липополисахаридами, которые содержатся в
клеточной стенке грамотрицательных бактерий и выделяются в окружающую среду при
лизисе бактерий.

 Эндотоксины не обладают специфичностью,
термостабильны, менее токсичны, обладают слабой иммуногенностью.

При
поступлении в организм больших доз эндотоксины угнетают фагоцитоз,
гранулоцитоз, моноцитоз, увеличивают проницаемость капилляров, оказывают
разрушающее действие на клетки.

Микробные липополисахариды разрушают лейкоциты
крови, вызывают дегрануляцию тучных клеток с выделением вазодилататоров,
активируют фактор Хагемана, что приводит к лейкопении, гипертермии, гипотонии,
ацидозу, дессиминированной внутрисосудистой коагуляции (ДВК).

 Эндотоксины стимулируют синтез интерферонов,
активируют систему комплемента по классическому пути, обладают аллергическими
свойствами.

 При введении небольших доз эндотоксина
повышается резистентность организма, усиливается фагоцитоз, стимулируются
В-лимфоциты. Сыворотка животного иммунизированного эндотоксином обладает слабой
антитоксической активностью и не нейтрализуетэндотоксин. Патогенность бактерий
контролируется тремя типами генов: гены — собственной хромосомами, гены
привнесенные плазмидами умеренными фагами.

Человеческий организм находится в постоянном взаимодей¬ствии с микроорганизмами. Общее количество микроорганиз¬мов, циркулирующих в макроорганизме, составляет примерно 1014 клеток.

Несмотря на то, что многие бактерии колонизируют поверх¬ности кожных покровов и слизистых оболочек организма, они не всегда причиняют ущерб хозяину, находясь с ним в состоянии динамического равновесия (эубиоза). Такие микроорга¬низмы называют нормальной микрофлорой (микробиоцено¬зом).

Микрофлора различных органов (пищеварительного тракта, мочеполовой системы, верхних дыхательных путей, кожи) раз¬личается по видовому составу.

Под воздействием различных факторов состояние эубиоза мо¬жет переходить в дисбиоз (цисбактериоз), характеризующийся качественными и количественными нарушениями микрофлоры.

Из многочисленных видов бактерий, обитающих на Земле, относительно небольшая группа способна вызывать инфекци¬онные заболевания у человека и животных. Эти бактерии на¬зываются патогенными. Главной особенностью этой группы бактерий является способность преодолевать защитные меха¬низмы макроорганизма.

Патогенность – это способность бактерий вызывать заболе¬вание. На этом основании бактерии могут быть разделены на три группы: 1) патогенные, 2) условно-патогенные, 3) непато¬генные.

Вирулентность – это степень патогенности микроорганизма. Степень вирулентности напрямую связана со способностью микроорганизма вызывать заболевание несмотря на защитные механизмы макроорганизма.

Возникновение заболевания зави¬сит от количества инфицирующих бактерий, пути их поступ¬ления в организм, специфических и неспецифических защит¬ных механизмов хозяина, а также от факторов патогенности конкретных бактерий.

Вирулентность может быть измерена экспериментально путем определения количества бактерий, необходимых для того, чтобы вызвать смерть животного, бо¬лезнь или видимые нарушения в определенный период време¬ни при определенном пути введения.

Следовательно, расчет летальной дозы, поражающей 50 % популяции животных (LD50), является полезным инструментом для сравнения отно-сительной вирулентности различных бактерий.

Факторы, продуцируемые бактериями, вызывающими забо¬левание, называют факторами патогенности, например токси¬ны, поверхностные покрытия микробной клетки, которые за¬щищают возбудителя от фагоцитоза, поверхностные рецепторные структуры, которые обеспечивают связь с клетками хозя¬ина.

Большинство патогенных бактерий имеют специфические факторы патогенности, которые позволяют им размножаться в макроорганизме. Многие факторы патогенности продуцируют¬ся только специфическими вирулентными штаммами, напри¬мер продуцирование энтеротоксинов исключительно штамма¬ми Е.соli.

Факторы патогенности не следует рассматривать независи¬мо от защитных механизмов хозяина, так как клиническое течение заболевания зависит от взаимодействия факторов патогенности и реакции хозяина. Собственно, инфекция или инфекционный процесс начинаются, когда нарушается баланс между патогенностью бактерий и резистентностью хозяина.

Инфекционный процесс связан с наличием определенных условий: проникновение в макроорганизм и адгезия возбуди¬теля с соответствующими характеристиками; восприимчивость макроорганизма к микробу; оптимальное состояние среды для взаимодействия микроба и хозяина. Крайним проявлением инфекционного процесса является инфекционная болезнь, степень тяжести которой может варьировать от бессимптомных до манифестных очень тяжелых форм.

При этом защитные механизмы могут быть настолько эф¬фективны, что полностью предотвращают инфекцию и даже в случае инфекции могут остановить процесс до того, как разо¬вьется заболевание. Однако некоторые защитные механизмы могут появиться только после начала инфекционного заболе¬вания.

Защитные механизмы организма могут быть разделены на две группы: конститутивные и индуцибельные.

• Конститутивные механизмы являются общими для всех жи¬вотных и человека и обеспечивают защиту против проник¬новения представителей нормальной микрофлоры, а также колонизации, инфекции и инфекционного заболевания, вы¬зываемых патогенами. Конститутивные механизмы обычно называют природными механизмами резистентности. К ним относят анатомические барьеры, микробный антагонизм, тканевые бактериоцидины (включая комплемент), воспале¬ние, фагоцитоз.

• Индуцибельные защитные механизмы обычно развиваются как реакция на инфекционный процесс или заболевание.

В отличие от конститутивных индуцибельные механизмы иг¬рают большую роль не на начальных стадиях инфекции, а на поздних. К индуцибельным механизмам защиты относится гуморальный и клеточный иммунный ответ организма.

В то время как индуцибельные защитные механизмы являются вы-сокоспецифичными, конститутивные – неспецифичны.

Окружающая среда больше благоприятствует микроорганиз¬му, поскольку скорость роста (размножения) бактерий намного превышает скорость роста эукариотических клеток. Более того, бактерии более пластичны в отношении утилизации субстрата и биосинтеза.

Высокий уровень мутаций наряду с коротким периодом генерации приводит к быстрой селекции наиболее адаптированных штаммов и видов. Бактерии также более ус¬тойчивы к токсическим компонентам в окружающей среде. С од¬ной стороны, основная цель бактерий – размножение.

С дру¬гой стороны, бактерии не стремятся убивать хозяина, так как в большинстве случаев смерть хозяина означает и смерть патогена.

Наиболее развитые и адаптированные патогены – это те, которые обеспечивают себя питательными веществами для роста и размножения с наименьшим расходом энергии и на¬именьшим ущербом для хозяина.

Так, некоторые виды вызы¬вают легкие заболевания, ограниченные головной болью и температурой, в то время как другие вызывают тяжелые забо¬левания, которые могут заканчиваться смертью. Имеются так¬же примеры, когда патоген плохо адаптирован к размножению в хозяине, но продуцирует такие мощные факторы патогенности, как токсины, действие которых может угрожать жизни (столбнячный и дифтерийный токсины).

Специфические факторы патогенности могут быть разделе¬ны на следующие функциональные типы.

Основные факторы патогенности микроорганизмов

Факторы патогенностиэто 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).

Читайте также:  Вторая фаза развития меланомы или стадия вертикального роста меланомы.

· 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.

  1. Инвазия — способность микроорганизмов проникать через слизистые и соединительнотканные барьеры в подлежащие ткани. Этот процесс обеспечивают
  2. · жгутики
  3. · 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.

Эндотоксиныинтегральные 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

гемолизиныразрушают 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. Эксфолиатиныразрушают 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
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector