Свойства патогенных микробов

Патогенные микробы — это паразиты, ко­торые произошли в ходе длительной сопря­женной эволюции от сапрофитов. При этом они утратили ряд ферментативных систем, так как макроорганизм поставляет им мно­гие вещества в готовом виде. Они приспосо­бились к гетеротрофному паразитическому типу питания в различных органах, тканях и клетках. Данные микробы по способнос­ти к внутриклеточному паразитированию

можно разделить на три группы: облигатные внутриклеточные паразиты, факультативные внутриклеточные паразиты и облигатные вне­клеточные паразиты.

Облигатные внутриклеточные паразиты удовлетворяют свои пищевые потребности только в условиях внутриклеточного сущес­твования. При этом следует отметить, что внутриклеточная среда отличается от вне­клеточной по многим физико-химическим свойствам, она богата органическими вещес­твами, богата АТФ, которая совсем отсутству­ет вне клеток. В такой среде много готовых жизненно необходимых веществ, есть белок-синтезируюшие системы. Помимо обеспече­ния метаболических, энергетических, генети­ческих и белоксинтезирующих потребностей микробов, клетка защищает их от действия антител, фагоцитоза, бактериофагов и анти­биотиков, которые не проникают через кле­точную мембрану. Внутриклеточные парази­ты в целом хорошо адаптированы к пережи­ванию и размножению в клетках. Во многих: лучаях развития внутриклеточной инфекции клетками-мишенями служат макрофаги, хотя эту роль могут выполнять и другие клетки. Это обусловлено тем, что макрофаги спо­собны активно поглощать микробы, а те, в свою очередь, выработали механизмы, за­щищающие их от завершенного фагоцитоза. К облигатным внутриклеточным паразитам относятся вирусы, риккетсии и хламидии, зозбудители лепры, малярии, токсоплазмо-за. Размножение данных микробов в клетке может происходить как в цитоплазме, так и в ядре. На искусственных питательных средах они не культивируются.

Факультативные внутриклеточные парази­ты способны существовать как внутри, так и вне клетки. При этом в организме хозяина преобладает внутриклеточное размножение, хотя они могут размножаться и внеклеточно, так как внутриклеточная среда в условиях ор­ганизма является основным местом развития инфекционного процесса. Такая способность к внутриклеточному паразитированию может иметь значение в хронизации инфекцион­ного процесса, так как облегчает выживание микробов и их сохранение в макроорганизме. Данные микробы культивируются на искусст-

венных питательных средах. К ним относятся возбудители туберкулеза, бруцеллеза, туляре­мии, менингококковой инфекции, гонореи, шигеллы, сальмонеллы и другие микробы.

Облигатные внеклеточные паразиты — это микробы, которые не проникают внутрь клет­ки, а прикрепляются к ее поверхности и рас­пространяются по межклеточным пространс­твам. Примером таких микробов являются ми-коплазмы, возбудитель холеры, лептоспиры и другие микробы. Для внеклеточных паразитов характерна продукция экзоферментов, спо­собствующих их агрессии и инвазии — нейра-минидазы, гиалуронидазы и т. д.

Это приспособление микробов к внутри-или внеклеточному паразитированию в ходе сопряженной эволюции отразилось на дуа-листичном формировании и работе иммунной системы макроорганизма, которая состоит из Т-системы, защищающей макроорганизм в первую очередь от внутриклеточных парази­тов, и В-системы, ответственной за продук­цию антител, нейтрализующих внеклеточно расположенные микробы и их токсины.

Патогенные микробы должны обладать це­лым рядом свойств, и прежде всего патоген-ностью.

Патогенность (син. болезнетворность) — это потенциальная способность микробов вызывать инфекционный процесс, т. е. про­никать в макроорганизм определенного ви­да хозяина при естественных для данного микроба условиях заражения размножаться в нем, вызывать различные нарушения го-меостаза и развитие ответных реакций со стороны макроорганизма.

Предложено рассматривать патогенность как функцию адаптации микроба к макроор­ганизму хозяина, в основе которой лежит пе­рестройка метаболизма микроба, адекватная новым условиям его существования. В экспе­риментальных условиях при использовании в определенных дозах высоковирулентных микробов любой микроб при любом спосо­бе заражения может вызывать инфекцион­ный процесс, т. е. быть патогенным, поэтому определение патогенности должно включать вид хозяина и условия заражения. Это видо-

вой, генетически детерминированный при­знак, передающийся по наследству. Он харак­теризует лишь потенциальную способность микроба вызывать инфекционный процесс. Фенотипическая же реализация генотипа происходит лишь в определенных условиях. Для одних микробов этих условий может быть больше, а для других — меньше. В невоспри­имчивом макроорганизме патогенность мик­робов остается нереализованной, так как для этого нет условий, адгезии и колонизации не происходит, микробы утрачивают свою жиз­неспособность и погибают. В восприимчивом организме происходит их активное размно­жение.

В качестве примера можно привести Т. pallidum или S. typhi, которые в естествен­ных условиях вызывают заболевание только у человека. При этом, чем выше пищевая зави­симость микроба от клетки хозяина, тем выше его паразитические свойства, тем выше пато­генность. Патогенность микробов отличается от патогенности факторов любой другой при­роды своей биологической сущностью.

Для патогенных микробов характерны нозо­логическая специфичность (от греч. nosos — бо­лезнь и logos — учение) и органотропность. Нозологическая специфичность заключается в том, что каждый вид патогенных микробов способен вызывать только для него характер­ный инфекционный процесс, а также симп-томокомплекс патологических реакций, в ка­кой бы восприимчивый макроорганизм они ни попали. Таким образом, S. typhi вызывает только брюшной тиф, а N. meningitidis — ме-нингококковую инфекцию. Такая специ­фичность возбудителей позволяет проводить клиническую диагностику отдельных инфек­ционных заболеваний, как самостоятельных нозологических форм. Такой нозологической специфичности нет у условно-патогенных бактерий. Органотропность — это поражение клеток, тканей и органов, наиболее подхо­дящих по своим биохимическим свойствам для жизнедеятельности данных микробов. Например, возбудители воздушно-капельных инфекций поражают дыхательные пути, а воз­будители кишечных инфекций — ЖКТ

В основе специфичности и органотропности лежит лиганд — рецепторное взаимодействие

микробов с эукариотическими клетками макро­организма. Специфичность и органотропность объясняют хозяин-адаптированность многих микробов. Из этого правила есть исключения, например возбудители зоонозных инфекций (бруцеллеза, чумы, туляремии, сибирской язвы и т.д.), для которых характерны полигосталь-ность — много хозяев, и пантропизм, в основе которого лежит способность к внутриклеточно­му паразитизму в макрофагах, расположенных во многих тканях и органах. Для этих микро­бов инфекционный процесс в макроорганизме человека, являющегося их неспецифическим хозяином, не играет жизненно важного адап­тивного значения. Если микробы попадают не в ту среду, к которой они адаптированы, то ин­фекционный процесс либо не разовьется, либо разовьется, но будет протекать атипично.

Чем меньше выражены паразитические свойства микробов, тем меньше выражена специфичность и органотропность, что ха­рактерно для условно-патогенных микробов. Чем сильнее органоспецифическая адаптация микроба и более выражены его метаболичес­кие особенности, тем патогенней микроб и уже диапазон его возможных биологических хозяев, без которых он не может существо­вать. Примером такого микроба со сложными метаболическими потребностями является возбудитель сифилиса, за что он получил на­звание «микроба гурмана».

Патогенные микробы должны проникать в макроорганизм в определенной критической, или инфицирующей дозе (син. патогенной дозе). При попадании микробов в макроорганизм в количестве ниже определенной критической дозы инфекционный процесс не разовьется. Критическая инфицирующая доза необходима для возникновения стойкой адгезии, коло­низации и инвазии микробов в ткани. Если инфицирующая доза мала, то микроб поги­бает под действием неспецифических защит­ных факторов макроорганизма (кислотности желудка, ферментов и т. д.) в момент его по­падания в макроорганизм, что препятствует адгезии и колонизации. Инфицирующая доза является величиной условной. Для каждого вида микробов характерна своя инфициру­ющая доза. Она определяет не только кли­нические особенности течения и проявления

инфекционных болезней (продолжительность инкубационного периода, степень тяжести и т. д.), но и наиболее эффективные и вероятные факторы передачи возбудителей инфекций. Для проявления инфицирующей дозы важ­ное значение имеет не столько абсолютное число микробов, попавших в макроорганизм, сколько их плотность на единицу поверхности и наличие рецепторов у эукариотических клеток. Это объясняет наличие низких заражающих доз возбудителей в целом ряде случаев возник­новения инфекционных болезней. Помимо критической инфицирующей дозы, важную роль в развитии и проявлениях инфекционно­го процесса играет скорость репродукции мик­робов, определяющая возможность увеличения численности их популяции в макроорганизме.

Например, для возбудителя чумы Y. pestis, которая является самой патогенной из всех бактерий, характерна высокая скорость рос­та и размножения. Для заболевания харак­терен короткий инкубационный период (от нескольких часов до 9 дней) и последующее острое, тяжелое течение с высокой летальнос­тью. В то же время для возбудителей туберку­леза и лепры характерны медленный рост и размножение, а для заболеваний, которые они вызывают, соответственно характерны дли­тельный инкубационный период и длитель­ное первично-хроническое течение. L-формы бактерий обладают низкой метаболической активностью и скоростью размножения. Они не накапливаются в количествах, способных вызвать типичное течение инфекционной болезни. Высокая скорость размножения и плотность популяции способствуют накопле­нию мутаций и отбору более адаптированных к макроорганизму мутантов.

В естественных условиях патогенные микробы должны проникать через определенные входные ворота инфекции — ткани и органы, через которые микробы попадают в макроорганизм. Например, N. gonorrhoeae проникает в макроорганизм через однослойный цилиндрический эпителий, распо­ложенный в слизистой оболочке уретры, канале шейки матки, дистальных отделах прямой кишки и конъюнктиве глаза. Возбудители кишечных ин­фекций проникают в макроорганизм через сли­зистую оболочку кишечника, а возбудители воз­душно-капельных инфекций — через слизистые

оболочки дыхательных путей. С другой стороны, есть патогенные микробы, проникающие в мак­роорганизм через разные входные ворота, напри­мер возбудители зоонозов, обладающие пантро-пизмом. Установлена связь между дозой микробов, путем их передачи, входными воротами инфекции и многообразием клинических проявлений инфекцион­ных заболеваний, что затрудняет их своевременную диагностику. Механизм заражения и характерные для него пути передачи определяют локализацию микробов в макроорганизме.

Пути и способы выделения микробов из ор­ганизма, определяющие механизм передачи и распространения инфекции, также как и пути проникновения микробов в макроорганизм, специфичны, например с выдыхаемым воз­духом при воздушно-капельных инфекциях, с экскрементами при кишечных инфекциях. Этой закономерности нет при генерализован­ных инфекциях, так как возбудитель с током крови попадает в различные ткани и органы и поэтому может выделяться всеми вероятными путями, например с мочой, калом, желчью и т.д., а также передаваться с помощью крово­сосущих членистоногих насекомых. При этом, как было отмечено ранее, большое значение для передачи микроба из одного восприимчи­вого макроорганизма в другой имеет количест­венное содержание микробов в экскретах.

Популяция паразитов гетерогенна. Микробы, относящиеся к одному и тому же виду, обладают генотипической и феноти-пической гетерогенностью. Гетерогенность — универсальное свойство всего живого.

В связи с тем, что патогенность, являясь по-лифакториальным генотипическим видовым признаком, подвержена фенотипическим из­менениям, для обозначения степени патоген-ности введено понятие «вирулентности» (от лат. virulentus — ядовитый). В отличие от па-тогенности, характеризующейся лишь потен­циальной способностью данного вида вызывать инфекционный процесс, вирулентность —это динамичное индивидуальное свойство данного штамма микроба вызывать развитие инфек­ционного процесса. Это мера патогенности, ее качественная характеристика или феноти-пическое проявление генотипа.

По этому признаку все штаммы данного вида микроба могут быть подразделены на высоко-, умеренно-, слабо- и авирулентные. Высоковирулентные штаммы, как правило, вызывают более тяжело протекающие заболе­вания, чем умеренно- или слабовирулентные штаммы. Тем не менее авирулентные штаммы есть даже среди возбудителей конвенционных и особо опасных инфекций.

В вирусологии вместо термина «вирулент­ность» применяют термин «инфекционность» или «инфекциозность». В лабораторных усло­виях о вирулентности микробов и силе дейс­твия их токсинов судят по величине леталь­ной (LD) и инфицирующей (ID) доз, кото­рые выражают в условно принятых единицах. Летальная доза — это наименьшее количество живого возбудителя или токсина, вызываю­щее в определенный срок гибель конкретного количества (%) животных, взятых в опыт. Инфицирующая доза — это минимальное ко­личество живых микробов, способное вызвать инфекционное заболевание у определенного количества (%) животных, взятых в опыт. Различают:

Del (dosis certa fetalis) — наименьшее количес­тво живого микроба или его токсина, вызыва­ющее в течение определенного времени гибель 100 % экспериментальных животных, взятых в опыт. Это безусловно смертельная доза.

Dim (dosis fetalis minima) — наименьшее количество живого микроба или его токсина, вызывающее в течение определенного време­ни гибель 95 % экспериментальных живот­ных, взятых в опыт.

ID100 — это минимальное количество жи­вых микробов, вызывающее развитие инфек­ционного заболевания у 100 % зараженных экспериментальных животных, взятых в опыт.

Чаще всего используют LD50 — дозу живо­го микроба или его токсина, вызывающую в течение определенного времени гибель 50 % экспериментальных животных, взятых в опыт, и ID50 — минимальное количество живых микробов, способное вызвать развитие ин­фекционного заболевания у 50 % зараженных экспериментальных животных, взятых в опыт.

При постановке опыта необходимо учи­тывать вид, пол, возраст, вес, условия содер­жания и полноценность питания экспери-

ментальных животных, что тесным образом связано с формированием и активностью работы иммунной системы у них, а также способ заражения (пероральный, интрана-зальный, внутривенный, внутримышечный, внутрибрюшинный, интрацеребральный и т. д.). Например, у морских свинок, которые наиболее чувствительны к М. tuberculosis, чем другие лабораторные животные, заболевание с летальным исходом возникает при введении через дыхательные пути 1—2 клеток микроба, тогда как при пероральном заражении леталь­ная доза увеличивается до нескольких тысяч клеток. Даже внутри одного и того же вида существуют внутривидовые генетические от­личия. Например, есть линии мышей, вы­сокочувствительные к вирусам, но устойчи­вые к бактериям, и наоборот. Для снижения степени влияния индивидуальных колебаний резистентности макроорганизма на результа­ты исследований определение вирулентности проводят на значимом количестве животных. Более однородные результаты получают при использовании генетически управляемых линий животных, например инбредных (от англ. in — в, внутри и breeding — разведение). Инбредные животные — это линейные, го­мозиготные животные, которые получены в результате скрещивания близко родственных особей на протяжении 20 и более поколений. Такие животные генетически однородны, так как достигают 100%-й гомозиготности.

Как фенотипическое проявление генотипа, вирулентность подвержена изменениям как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличе­ния под действием физических, химических и биологических факторов. Снижение вирулен­тности (аттенуация) может происходить при длительном культивировании бактерий на ис­кусственной питательной среде или в резуль­тате длительного пассирования микробов че­рез организм маловосприимчивых животных. Полная утрата вирулентности связана с изме­нением генотипа. Повышение вирулентности отмечается, наоборот, при пассировании мик­робов через организм высоковосприимчивых животных, при лизогении, а также вследствие мутаций и рекомбинаций. Эти особенности изменения вирулентности учитываются при получении вакцинных штаммов микробов.

С учетом вирулентности микробов и степе­ни опасности работы с ними, все патогенные микробы подразделены на четыре группы, режимы работы с которыми регламентиру­ются соответствующими приказами и инс­трукциями МЗ России. Примером изменения вирулентности может служить L-трансформа-ция у бактерий, образование цист у спирохет, синтез капсулы у бактерий при их попада­нии в макроорганизм, температурозависи-мый синтез инвазивных белков у иерсиний и Ви-антигена у S. typhi, синтез индуцибельных экзоферментов и т. д.

8.3.1. Факторы патогенности микробов