возбудители инфекционных болезней и факторы их патогенности
Патогенность - генетический признак, качественная характеристика вида, закрепленная в его наследственном (хромосомном) аппарате. Большинство возбудителей болезней являются облигатно-патогенными: их способность вызывать инфекционный процесс - постоянный видовой признак.
Существуют также микроорганизмы, вызывающие инфекционный процесс лишь при определенных условиях. Для них в науке укоренился не совсем правильный термин - факультативно (условно) патогенные микроорганизмы.
Патогенное действие характеризуется специфичностью: каждый вид патогенных микроорганизмов при попадании в организм в достаточном для инфицирования количестве - инфицирующей дозе - вызывает определенную инфекцию (при так называемых классических моноинфекциях). Указанная специфичность весьма строгая, и поэтому в основу классификации болезней положен принцип: 1 возбудитель - 1 болезнь.
Вместе с тем у разных групп одного вида микроорганизма (штаммов или серотипов) под влиянием различных факторов патогенность может существенно различаться.
Вирулентность - степень, или мера, патогенности; представляет собой фенотипический, индивидуальный признак штамма, который может существенно варьировать - повышаться, снижаться или полностью утрачиваться (авирулентность).
Факторы патогенности. Каждый патогенный микроорганизм характеризуется специфическим набором факторов патогенности, которые весьма разнообразны. В первую очередь следует отметить инвазивность (агрессивность) - способность микроорганизма проникать через естественные барьеры и размножаться в тканях и токсигенность - способность выделять токсины (яды). К факторам патогенности относят также:
экзотоксины - самые сильные из известных биологических и химических ядов; выделяются в среду, термолабильны (малоустойчивы), действуют медленно; представляют собой белки, продуцируемые, как правило, грамположительными бактериями (стафилококками, стрептококками, клостридиями);
эндотоксины - представляют собой в основном липополисахариды, продуцируемые грамотрицательными бактериями (бруцеллами, сальмонеллами, микобактериями); прочно связаны с бактериальной клеткой (выделяются при ее разрушении), термостабильны, действуют быстро;
ферменты (энзимы) - гиалуронидаза, фибринолизин, коагулаза, коллагеназа, стрептокиназа, лецитиназа, дезоксирибонуклеаза, протеаза, декарбоксилаза и др.; действуют строго избирательно, им присущи свойства факторов распространения (проницаемости, инвазивности);
полисахариды (О-антигены) - соматический (оболочковый) антиген некоторых грамотрицательных бактерий (эшерихий, сальмонелл, бруцелл);
поверхностные и адгезивные антигены - О-, Н- и К-антигены эшерихий, сальмонелл и др.; нуклепротеид и структуры оболочки вириона (у вирусов); а также способность образовывать капсулу (встречается у ряда микроорганизмов).
Развитие инфекционного процесса определяется специфическим общим и местным действием возбудителя и комплексом ответных реакций макроорганизма. Большое значение в процессе заражения организма и размножения возбудителя в нем имеет механизм проникновения возбудителя в организм (инфицирования).
Ворота инфекции - это место проникновения возбудителя болезни в органы и ткани животного.
ЗНАЧЕНИЕ МИКРО- И МАКРООРГАНИЗМА В ФОРМИРОВАНИИ ИНФЕКЦИИ
степеней) способны вызывать инфекционные болезни животных.
Этиологический фактор (этиологический агент) инфекционных болезней - патогенный микроорганизм, называемый также возбудителем болезни.
Широта патогенного спектра микроорганизмов (способность вызывать заболевания у одного, нескольких или многих видов животных) может существенно различаться.
Возбудители, патогенные для одного вида животных, называют монофагами (вирус чумы свиней, оспы овец, инфекционной анемии лошадей, миксоматоза кроликов и др.); возбудители, патогенные для многих видов, - полифагами (вирус бешенства, возбудители туберкулеза, бруцеллеза, сальмонеллеза, колибактериоза и др.).
Возникновение, течение и форма инфекции зависят не только от вирулентности и количества попавших в организм микроорганизмов, но и от восприимчивости или устойчивости организма животного.
Восприимчивость организма - способность животного заразиться и заболеть инфекционной болезнью.
Восприимчивость генетически закреплена на уровне вида животного (например: сап, мыт, инфекционная анемия лошадей, миксоматоз кроликов, контагиозная плевропневмония коз, болезнь Ньюкасла птиц, и др.). На восприимчивость животных к инфекционным болезням влияют в основном следующие факторы.
Факторы внешней среды
- стрессоры (чрезвычайные раздражители): химические, кормовые, травматические, транспортные, технологические, биологические (болезни, обработки), отологические (поведенческие) и др голодание (общее, белковое, минеральное, витаминное) охлаждение или перегревание ионизирующее излучение.
Факторы внутренней среды
Таким образом, восприимчивость организма животного и влияние неблагоприятных факторов внешней и внутренней среды служат предпосылкой возникновения инфекционной болезни, однако не всегда наличие возбудителя и восприимчивого животного приводит к развитию инфекционной болезни.
ВИДЫ ИНФЕКЦИЙ
Существует множество видов инфекций. Их классифицируют в зависимости от вида возбудителя, пути его проникновения в организм, локализации очага инфекции и т. д.
Классификация инфекций
Классификационный признак Вид инфекции
Пути проникновения возбуди- Экзогенная
теля в организм Эндогенная (аутоинфекция)
Криптогенная
Способ заражения Естественная (спонтанная)
Искусственная (экспериментальная)
Распространение возбудителя Местная (очаговая)
в организме Регионарная
Генерализованная
Количество возбудителей Простая (моноинфекция)
Смешанная (ассоциативная)
Форма проявления Явная
Скрытая (бессимптомная)
Субинфекция
Реинфекция
Вторичная (секундарная)
Суперинфекция
Группы возбудителей Вирусная
Бактериальная (аэробная, анаэробная, гнойная)
Хламидийная
Микоплазменная
Риккетсиозная
Механизм передачи Алиментарная (кормовая)
Респираторная (аэрогенная)
Почвенная
Контактная
Трансмиссивная
При экзогенной инфекции возбудитель проникает в организм извне; при эндогенной - возбудитель (чаще условно-патогенный микроорганизм) находится в органах и тканях и при ослаблении резистентности организма вызывает заболевание. О криптогенной инфекции говорят, если источник заражения организма установить не удается.
Естественная инфекция возникает самостоятельно; искусственная бывает вызвана вмешательством человека.
Местная инфекция локализуется на ограниченном участке тела, регионарная - в определенном органе, области и в контролирующих орган или область лимфоузлах; генерализованная характеризуется распространением возбудителя по всему организму.
Различают следующие типы генерализованной инфекции:
бактериемия (вирусемия) - микроорганизм проникает в кровь и разносится ею, но не размножается (туберкулез, бруцеллез, инфекционная анемия лошадей, чума свиней);
септицемия (сепсис) - микроорганизмы размножаются в крови и затем разносятся по органам и тканям организма;
пиемия характеризуется образованием вторичных гнойных очагов, распространяющихся по лимфатическим путям;
септикопиемия представляет собой сочетание септицемии и пиемии.
Простая инфекция бывает вызвана одним возбудителем; смешанная - двумя и более возбудителями (туберкулез + бруцеллез, ринотрахеит + парагрипп-3, сальмонеллез + хламидиоз).
Явная инфекция проявляется внешними признаками; скрытая внешне не проявляется; при субинфекции возбудитель проникает в организм животного в дозе, меньшей инфицирующей, и затем быстро погибает или выводится из организма. Реинфекция - это повторное заражение после полного выздоровления тем же видом возбудителя; возникает при отсутствии имммунитета (например: дизентерия свиней, копытная гниль, некробактериоз, туберкулез). Вторичная инфекция развивается на фоне первой - основной (например, пастереллез и сальмонеллез на фоне чумы свиней; стрептококкоз на фоне чумы собак или гриппа лошадей); суперинфекция - это повторное заражение организма тем же возбудителем (инфекция на фоне уже имеющейся) до выздоровления и освобождения от возбудителя, попавшего при первичном заражении.
ДИНАМИКА ИНФЕКЦИОННОЙ БОЛЕЗНИ, ЕЕ ТЕЧЕНИЕ И ФОРМЫ ПРОЯВЛЕНИЯ
Для инфекционных болезней характерна определенная цикличность течения, или периодичность (стадийность), проявляющаяся последовательной сменой периодов, следующих один за другим (рис. 3).
1-й период - инкубационный, или скрытый (ИП) - продолжается от момента проникновения возбудителя в органы и ткани до появления первых, еще не ясных клинических признаков (а при скрытых инфекциях - до появления положительных результатов диагностических исследований). Это важный эпизоотологический показатель. ИП характерен для всех инфекционных болезней, но продолжительность его сильно варьирует: от нескольких часов и дней (сибирская язва, ящур, ботулизм, грипп, чума) до нескольких месяцев и лет (туберкулез, бруцеллез, лейкоз, медленные и прионные инфекции). ИП может быть различным даже при одной и той же болезни. У большинства инфекционных болезней скрытый период составляет 1...2нед. Чаще всего животные в ИП не являются активным источником возбудителя инфекции, но при некоторых (бешенство, ящур, паратуберкулез) возбудитель может выделяться во внешнюю среду уже в указанный период.
2-й период - предклинический (продромальный, предвестников) - продолжается от момента появления первых признаков до их полного развития; составляет от нескольких часов до 1...2 дней. В этот период начинают проявляться неспецифические (общие) симптомы - слабость, угнетение, снижение аппетита, незначительное повышение температуры тела.
3-й период - полного развития болезни - сопровождается развитием основных клинических признаков, характерных для данной болезни. Продолжительность его может быть различной. Указанный период наиболее важен для диагностики. Клинические признаки чрезвычайно разнообразны (некоторые являются общими для многих болезней). К самым значительным следует отнести: лихорадку (повышение температуры тела); поражения сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта; воспалительные процессы в органах и тканях; различные поражения кожи и слизистых оболочек.
Этот период может закончиться по-разному: исходом болезни бывает выздоровление или гибель животного - внезапная или в результате ослабления и истощения организма.
4-й период - угасания (клинического выздоровления, реконвалесценции) - может иметь различную продолжительность, что зависит от многих факторов: характера и тяжести болезни, иммунологической реактивности макроорганизма, внешних условий. При этом животные-реконвалесценты все еще могут выделять возбудителя во внешнюю среду.
5-й период - полного выздоровления - характеризуется полным восстановлением нарушенных функций у животного и, как правило, освобождением организма от возбудителя болезни.
Кроме динамики (смены периодов), инфекционным болезням свойственны определенная острота течения (сверхострое, или молниеносное, острое, подострое, хроническое, абортивное, а также доброкачественное и злокачественное) и формы клинического проявления заболевания (типичная или атипичная; кишечная, легочная, нервная, кожная, мышечная, суставная, глазная и др.).
Молниеносное течение - характеризуется гибелью животного в течение нескольких часов, при этом клинические признаки чаще всего не успевают развиться (например, сибирская язва, брадзот, энтеротоксемия и др.); острое - тем, что болезнь продолжается обычно 1-7 дней, при этом наблюдают типичные признаки болезни.
При подостром течении болезнь длится дольше - до нескольких недель; клинические признаки, как правило, характерны, но выражены слабее, чем при остром течении.
При хроническом - болезнь длится недели, месяцы или годы с неясными, слабо выраженными признаками, временами без них (например, туберкулез, бруцеллез, копытная гниль овец, медленные инфекции). Для этого течения характерны ремиссии и рецидивы болезни (см. ниже). Абортивное течение (некоторые авторы относят его к легкой форме проявления болезни) характеризуется внезапным прерыванием типичной формы с наступлением выздоровления или без него. Иначе говоря, абортивное течение - это быстрое, легкое переболевание с типичным началом, но нехарактерными последующими признаками.
Возможен переход одного вида течения в другое. При злокачественном течении прогноз, как правило, неблагоприятный, а исходом болезни обычно бывает гибель. При доброкачественном - прогноз обычно благоприятный, а исход - выздоровление (доброкачественное и злокачественное течение некоторые авторы относят к формам клинического проявления).
При типичной форме - комплекс признаков характерен для данной болезни, при атипичной наблюдают отклонение от типичных признаков.
В целом формы проявления отражают локализацию и степень проявления инфекционного процесса, а течение - его длительность (время).
Следует отметить также, что для любой болезни, в том числе инфекционной, характерны такие явления, как ремиссия и рецидив.
Ремиссия - временное ослабление или исчезновение признаков болезни.
Рецидив - возврат болезни, повторное появление признаков.
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: протеазы - ферменты, разрушающие иммуноглобулины; коагулаза - фермент, свертывающий плазму крови; фибринолизин - растворяющий сгусток фибрина; лецитиназа - фермент, действующий на фосфолипиды мембран мышечных волокон, эритроцитов и других клеток. 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. 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 нейтрализует эндотоксин.
Патогенность бактерий контролируется тремя типами генов: гены - собственной хромосомами, гены привнесенные плазмидами умеренными фагами.
Оглавление темы "Патогенность микроорганизмов. Вирулентность.":1. Патогенность микроорганизмов. Патогенные микроорганизмы. Патогенные микробы.
2. Условно-патогенные микроорганизмы. Условно-патогенные микробы. Оппортунистические патогены. Непатогенные микроорганизмы.
3. Облигатные паразиты. Факультативные паразиты. Случайные паразиты. Патогенность. Что такое патогенность?
4. Вирулентность. Что такое вирулентность? Критерии вирулентности. Летальная доза (DL, LD). Инфицирующая доза (ID).
5. Генетический контроль патогенности и вирулентности. Генотипическое снижение вирулентности. Фенотипическое снижение вирулентности. Аттенуация.
6. Факторы патогенности микроорганизмов. Факторы патогенности микробов. Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
7. Капсула как фактор патогенности микроорганизмов. Ингибирующие ферменты микробов как фактор патогенности. Инвазивность микроорганизмов.
8. Токсигенность микроорганизмов. Токсины. Парциальные токсины. Цитолизины. Протоксины.
9. Экзотоксины. Экзотоксины микроорганизмов. Классификация экзотоксинов. Группы экзотоксинов.
10. Эндотоксины. Эндотоксины микроорганизмов. Эндотоксиновый шок. Эндотоксинемия. Экзоферменты. Суперантигены.
Факторы патогенности микроорганизмов. Факторы патогенности микробов. Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
К основным факторам патогенности (вирулентности ) относят способность микроорганизмов к колонизации , их устойчивость к разным микробицидным факторам организма, свойства инва-зивности и токсигенности, а также способность к длительному персистированию.
Способность к колонизации. Адгезия. Факторы колонизации.
Размножению бактерий в первичном очаге инфицирования предшествует адгезия [от лат. adhaesio , прикрепляться к чему-либо], то есть закрепление бактерий на поверхности клеток, что, собственно, и служит началом инфекционного процесса. Прикрепление к поверхности клеток (например, к эпителию слизистых оболочек) обеспечивают адгезины, или факторы колонизации - различные микробные продукты - молекулы адгезии (белки, ЛПС, липо-тейхоевые кислоты). Молекулы адгезии 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 микроворсинки 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 эукарио-тических клеток, что и приводит к прочности связи.
Специфические взаимодействия . На поверхности бактерий имеются молекулы, способные к стереоспецифичному связыванию с комплементарными молекулами на мембранах эукарио-тических клеток (например, гемагглютинины или тейхоевые кислоты).
Другие механизмы колонизации . Некоторые бактерии способны «заранее подготавливать» место для дальнейшего размножения; например, нейраминидаза облегчает проникновение холерного вибриона через слой слизи и контакт с сиалосодержащими рецепторами эпителия кишечника. Микроорганизмы также способны сорбироваться на бактериях, уже колонизировавших поверхность слизистых оболочек, либо связывать белки (например, фибронектин), рецепторы к которому имеются на многих клетках макроорганизма. У капсулированных бактерий в прикреплении активно участвуют полисахариды капсулы. 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 (например, капсулы) и синтезируемых веществ (например, ферменты).
Факторы патогенности - это 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).
· 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.
Инвазия - способность микроорганизмов проникать через слизистые и соединительнотканные барьеры в подлежащие ткани. Этот процесс обеспечивают
· жгутики
· 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.
Эндотоксины - интегральные 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
гемолизины- разрушают 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. Эксфолиатины - разрушают 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 |
Патогенность - это видовой признак, определяющий способность определенного вида микроорганизмов вызывать инфекционный процесс у определенного вида макроорганизма.
Вирулентность - фенотипический признак микроорганизма, мера патогенности
Факторы патогенности
I. Адгезии и колонизации.
Адгезия - это пусковой момент инфекции. Адгезия обусловлена чувствительностью микроба к рецепторам клеток хозяина и органотропностью (комплементарное взаимодействие макромолекул на поверхности микроба с рецепторами эукариотической клетки).
Адгезины - структуры микроба (макромолекулы) ответственные за прилипание, т.е. связывание с клетками хозяина.
Адгезины:
Гр + бактерий - основные белки (они активируют транслокацию микроба вглубь эпителиальной клетки) и тейхоевые кислоты клеточной стенки;
Гр - бактерий - белки наружной мембраны, ЛПС и фимбрии (пили первого или общего типа);
Капсульных бактерий – капсула;
Микоплазм - макромолекулы, входящие в состав выростов цитоплазматической мембраны;
Вирусов - специфические структуры белковой или полисахаридной природы.
Колонизация зависит как от дозы микробов, так и количества рецепторов для них
на поверхности клеток макроорганизма.
При отсутствии адгезинов и комплементарных рецепторов инфекционный процесс не развивается.
II. Факторы вирулентности (агрессии и инвазии).
Инвазивность (от лат. invasion - нападение) - это способность микробов проникать через кожные покровы и слизистые оболочки во внутреннюю среду организма хозяина и распространяться по его тканям и органам.
Агрессивность - способность противостоять факторам макроорганизма и размножаться в нем.
1. Ферменты:
а) инвазионные (гиалуронидаза, фибринолизин и др.);
б) защитные (плазмокоагулаза и др.);
Ферменты и механизм действия
| Ферменты | Механизм действия |
| Плазмокоагулаза | Превращает фибриноген в фибрин и образует белковую пленку вокруг бактерий, которая защищает их от фагоцитоза. |
| Нейраминидаза | Расщепляет нейраминовую (сиаловую) кислоту, которая входит в состав поверхностных рецепторов клеток слизистых оболочек. Это делает оболочки доступными для взаимодействия с микробами и их токсинами. |
| Гиалуронидаза | Разрушает гиалуроновую кислоту, основное межклеточное вещество соединительной ткани. Это способствует проникновению микроба вглубь тканей. |
| Фибринолизин | Растворяет сгусток фибрина, который образуется в процессе воспаления и препятствует проникновению микробов вглубь органов и тканей. |
| Коллагеназа | Разрушает коллаген мышечных волокон, что ведет к интенсивному расплавлению мышечной ткани. |
| Лецитиназа С | Действует на лецитин мембран мышечных волокон, эритроцитов и других клеток. Разлагает лецитины и другие фосфоглицериды, входящие в состав клеточных мембран макроорганизма, что приводит к нарушению их проницаемости. Продукты гидролиза лецитинов оказывают токсическое действие на организм человека и животных. |
| ДНК-аза | Деполимеризует ДНК. |
| Протеазы | Разрушают иммуноглобулины. |
| Уреаза | Действует как токсин, разрушая мочевину. |
| Каталаза | Катализирует разложение перекиси водорода с образованием воды и кислорода |
2. Токсины - (toxikon - яд) - продукты бактерий, которые в малых дозах вызывают структурные или функциональные повреждения клеток. Оказывают не только местное действие, но и системные эффекты, далеко выходящие за зону первичной локализации.
Характеристика бактериальных экзо- и эндо-токсинов
| Свойства | Экзотоксины | Эндотоксины |
| Химическая природа | Белки (9-19 аминокислот). Имеют бифункциональную структуру: транспортная группа взаимодействует со специфическими рецепторами клетки; токсическая (активатор) проникает внутрь клетки и блокирует жизненно важные метаболические процессы. | ЛПС с белком |
| Происхождение | Выделяются в процессе жизнедеятельности, чаще Гр + бактерий. Обнаруживаются в фазе активного роста бактерий. | Связаны со структурами бактерий, выделяются при разрушении клеток, чаще Гр- бактерий. |
| Механизмы действия | 1. Мембранотоксины - повышение проницаемости мембран эритроцитов (гемолизины), лейкоцитов (лейкоцидины) и др.клеток. 2. Гистотоксины - блокада синтеза белка и других биохимических процессов в клетке (цито-, энтеро-, нейротоксины). 3. Функциональные блокаторы - нарушение взаимосвязи и взаимодействия между клетками. | 1. Общетоксическое действие. 2. Основная «точка приложения» - макрофаги, которые в ответ на действие эндотоксина выделяют эндогенные пирогены (интерлейкин-1). Ил-1 действует на центр терморегуляции и вызывает лихорадку. 3. Дилятация мелких кровеносных сосудов. 4. Повреждение эндотелия. 5. Запуск каскадов коагуляции (ДВС-синдром), что приводит к эндотоксическому шоку. 6. В небольших дозах эндотоксины повышают неспецифическую резистентность, т. к. усиливают фагоцитоз; активируют комплемент, обладая свойствами адъюванта. |
| Отношение к температуре | Термолабильны | Термостабильны |
| Степень ядовитости | Очень токсичны | Менее токсичны |
| Скорость действия | После инкубации 19-72 часа | Довольно быстро |
| Специфичность действия | Выражена | Лишена тропизма |
| Отношение к химическим веществам | Чувствительны к спирту, щелочам, кислотам, пищеварительным ферментам, при действии формалина переходят в анатоксин (применяется как вакцина). | Малочувствительны к химическим веществам, не переходят в анатоксины. |
| Антигенные свойства | Активные антигены | Слабые антигены |
III. Факторы персистенции
Персистенция - длительное переживание возбудителя в организме
Методики выявления:
а) плазмокоагулазной активности бактерий
Посев выделенной культуры бактерий проводят в разведённую физ. раствором 1:4 стерильную цитратную плазму крови. Пробирки ставят в термостат при 37°С на 2 - 5 часов. При наличии у выделенной культуры фермента плазмокоагулазы происходит коагуляция плазмы, а при отсутствии данного фермента жидкость будет прозрачной.
б) фибринолитической активности бактерий
Продлив время пребывания пробирок в термостате, можно наблюдать растворение сгустка, что свидетельствует о наличии фибринолитической способности изучаемого штамма.
в) лецитиназной активности бактерий
Лецитиназная активность проявляется при посеве на агар с яичным желтком в образовании вокруг колоний характерного помутнения с радужным венчиком.
г) гемолитической активности бактерий
Гемолитическая активность проявляется при посеве на кровяной агар образованием вокруг колоний зоны просветления.