ПАТОГЕННОСТЬ И ВИРУЛЕНТНОСТЬ Триада Генле-Коха:

ПАТОГЕННОСТЬ И ВИРУЛЕНТНОСТЬ

Триада Генле-Коха: Ф. Генле разработал, а выдающийся немецкий микробиолог Р. Кох затем четко сформулировал получившую название триаду Генле— Коха, по которой можно судить об этиологической роли микроба в возникновении болезни: n 1) Микроб-возбудитель должен обнаруживаться во всех случаях данного заболевания и не встречаться ни у здоровых, ни у больных другими заболеваниями. n 2) микроб-возбудитель должен быть выделен из организма больного в чистой культуре n 3) чистая культура выделенного микроба должна вызывать то же заболевание у восприимчивых животных. n В настоящее время эта триада в значительной мере утратила свое значение.

Генетические аспекты патогенности Факторы патогенности контролируются: n — генами локализованными в хромосоме; n — генами плазмид; n — генами, привнесенными умеренными фагами.

Генетические аспекты патогенности n Патогенность – генетически закрепленная способность n Гены «патогенности» организованные в островки патогенности, способны к горизонтальному переносу n Это большие (10 -200 кб) участки ДНК бактериальной хромосомы или плазмиды, фланкированные прямыми повторами, с высоким содержанием ГЦ n Интегрированы с генами т. РНК, которые являются сайтами интеграции ДНК n Обладают свойствами транспозонов, т. е. имеют гены интегразы, транспозазы или участок инсерционной последовательности и могут перемещаться из одного локуса т. РНК в другой n В одной бактериальной ДНК может быть несколько таких островков, например, у Salmonella обнаружено 5.

Генетические аспекты патогенности Механизм превращения непатогенных в патогенные связан по меньшей мере с двумя процессами: n 1. с получением дополнительных генов от бактериофагов (патогенная дифтерийная палочка) или плазмид ( диареегенные эшерихии возникли в результате приобретения ими плазмид, содержащих гены, детерминирующие выработку токсина. )

Генетические аспекты патогенности Механизм превращения непатогенных в патогенные связан по меньшей мере с двумя процессами: n 2. с утратой генов (редукционная эволюция) - утрата значительной части генома в ходе редуктивной эволюции зарегистрирована у возбудителя коклюша Bordetella pertussis , возбудителя чумы Yersinia pestis

n Патогенность – потенциальная способность микроорганизма вызывать инфекционный процесс. Полифункциональное свойство, детерминировано геномом, передается по наследству. n Вирулентность – степень патогенности, фенотипическое проявление патогенного генома n Вирулентность может варьировать и может быть определена лабораторными методами (чаще- DL 50 - 50% летальная доза- количество патогенных микроорганизмов, позволяющая вызвать гибель 50% зараженных животных

Факторы патогенности микроорганизмов n Факторы адгезии и колонизации n Факторы инвазии и агрессии n Антифагоцитарные факторы n Токсические факторы

Факторы адгезии n Адгезия происходит на поверхности слизистых оболочек различных органов и систем. Адгезия протекает в две стадии: 1. неспецифическое обратимое прикрепление бактерии к поверхности эукариотической клетки 2. специфическое необратимое q Со специфичностью адгезии связан микробный тропизм – способность микроорганизмов поражать определенные органы и ткани q Адгезия служит сигналом к запуску каскада сложных реакций как у бактерии, так и у макроорганизма

Факторы адгезии - Адгезины n Грамположительные и грамотрицательные бактерии – используют различные стратегии специфической адгезии. n У грамотрицательных микроорганизмов молекулы адгезинов входят в состав специализированных органелл – ворсинок (фимбрий, пилей), вследствие чего они названы фимбриальными адгезинами. Фимбрии гонококков n Грамположительные бактерии осуществляют адгезию посредством афимбриальных адгезинов – поверхностные структуры: капсула; тейхоевые и липотейхоевые кислоты; М-белок стрептококков; фибронектинсвязывающие белки стрепто- и стафилококков. Рецепторами для адгезинов грам(+) бактерий чаще всего являются фибронектин и белки межклеточного матрикса. n Афимбриальные адгезины описаны и у грам(–) бактерий (филаментозный гемагглютинин у Bordetella Поверхностные pertussis) структуры грамположительных бактерий

Факторы адгезии- биопленки n Адгезия сопровождается в ряде случаев формированием биопленок n Существование бактерий в виде биопленок позволяет им усилить свою защиту от фагоцитоза, ультрафиолетового излучения, вирусов и дегидратации, а также от антибиотиков (выдерживать концентрации антибиотиков в 100 -1000 раз больше, чем подавляющие бактериальные клетки вне биопленок).

Факторы инвазии и агрессии n Инвазия –проникновение возбудителя через слизистые и соединительнотканные барьеры n Агрессия – подавление естественной резистентности и адаптивного иммунитета. n Действуют совместно. n Инвазивностью и агрессивностью обладают многие поверхностные структуры бактериальной клетки (жгутики, поверхностные белки, липополисахарид клеточнй стенки Грам- бактерий), а также ферменты секретируемые бактериями

Факторы инвазии и агрессии n Распространение микроорганизмов по межклеточным пространствам обеспечивают внеклеточно секретируемые белки, обладающие ферментативной активностью и нарушающие целостность внеклеточного матрикса: n Гиалуронидаза- деполимеризует гиалуроновую кислоту- основной компонент соединительной ткани n Нейраминидаза- отщепляет остатки сиаловых (нейраминовых кислот) от ганглиозидов (сиаловые кислоты входят в состав муцина, секретов слизистых, придает им вязкость, затрудняет продвижение микроорганизма к эпителиоцитам; находятся на поверхности рецепторов клеток слизистых оболочек, и других клеток, например, лейкоцитов) и разрушает муциновый барьер, снижается активность фагоцитоза n Плазмокоагулаза-взаимодействует с активатором плазмы с образованием тромбоподобного вещества, которое превращает фибриноген в фибрин. и вокруг возбудителя образуется чехол из фибрина.

Факторы инвазии и агрессии n Лецитиназа – гидролизует лецитин (фосфоглицерид фосфатидилхолин) основной компонент мембран млекопитающих, разрушает липиды клеточных мембран n ДНК-аза – гидролиз молекул ДНК n Уреаза - распад мочевины до углекислого газа и аммиака. Аммиак вызывает сдвиг р. Н в щелочную сторону, что способствует подселению других микроорганизмов в урогенитальном тракте; обладает прямым токсическим эффектом для клеточных мембран; подавляет клеточное дыхание, токсичен для центральной нервной системы

Факторы инвазии и агрессии n Протеолитические ферменты: n Основной мишенью протеолитических ферментов, образуемых бактериями, являются белки, включая сигнальные и эффекторные белковые молекулы иммунной защиты n Коллагеназа- вызывает гидролиз коллагена мышечных волокон n Фибринолизин - растворяет сгустки фибрина вокруг очага воспаления, что способствует распространению возбудителя - генерализации инфекции n Протеазы- гидролиз тканевых белков n Ig. A протеазы -гидролиз секреторных иммуноглобулинов- нарушение местного иммунитета

Факторы инвазии и агрессии n Проникновение микроорганизма внутрь эукариотической клетки обеспечивают: n А. Фагоцитоз n Б. Активная инвазия -способность микроорганизмов проникать внутрь клеток, не являющихся "профессиональными" фагоцитами

Инвазия n Инвазивные энтеробактерии в качестве рецепторов эукариотических клеток используют интегрины, листерии - кадхерин. Эти молекулы эпителиальных клеток играют основную роль в поддержании структуры тканей, обеспечивая физический контакт эукариотических клеток. n Связывание бактериальных инвазинов с рецепторами - сигнал к реорганизации компонентов цитоскелета клеток эпителия (нитей актина и микротрубочек), в результате которой и происходит инвазия. В процессе инвазии на поверхности эпителиальных клеток образуются выросты, которые "обволакивают" бактерии, затем выросты замыкаются, и формируется внутриклеточная вакуоль, содержащая бактерию. Таким образом бактерия "заставляет" клетку эпителия захватить себя.

Инвазия n Основные "ворота" для Yersinia spp. , Salmonella spp. и Shigella spp. - М-клетки, обеспечивающие транспорт макромолекул и более крупных частиц из просвета кишечника в области подслизистого слоя n При активной инвазии в эпителиальные клетки микроорганизмы не подвергаются никаким неблагоприятным воздействиям. Описанную стратегию используют сальмонеллы и шигеллы. n Стафилококки, пиогенные стрептококки и микобактерии, проникают внутрь фагоцитов, используя рецепторы к комплементу. Фагоцитоз, опосредованный этими рецепторами, не приводит к выраженной активации бактерицидных систем фагоцитов.

Антифагоцитарные факторы n Имеют поверхностную локализацию – капсулы, капсулоподобные структуры n Не являются жизненно важными для бактериальной клетки n Имеют макромолекулярную структуру

Антифагоцитарные факторы n Факторы, подавляющие хемотаксис –стрептолизин стрептококков (который способен убиватьфагоциты), фракции Mycobacterium tuberculosis ø токсин клостридий ингибируют хемотаксис нейтрофилов n Факторы, препятствующие захвату-поглощению: v Антигенная мимикрия- ускользание от распознавания иммунной системой. Некоторые патогены покрывают поверхность своей клетки веществами, которые распознаются как «свои» : плазмокоагулаза Staphylococcus aureus покрывает поверхность кокков фибрином; Treponema pallidum связывает на своей поверхности фибронектин; стрептококки группы А образуют капсулу из гиалуроновой кислоты. Другие способны к антигенной вариабельности; образованию L-форм v Полисахаридные капсулы S. pneumoniae, Haemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae v M белок стрептококков группы А v Поверхностный полисахаридный слой Pseudomonas aeruginosa v O антиген ЛПС E. coli v K антиген E. coli , Vi антиген of Salmonella typhi v Белок А Staphylococcus aureus

Антифагоцитарные факторы n Выживание микробных клеток после поглощения фагоцитом: n Препятствие слиянию фагосомы с лизосомой – стратегия Salmonella, M. tuberculosis, Legionella и Chlamydiae Внутриклеточное расположение M. tuberculosis. Окраска по Цилю- Нильсену

Антифагоцитарные факторы n Подавление процессов закисления в фаголизосоме, что приводит к нарушению действия лизосомальных ферментов n Разрушение мембраны фагосомы до слияния с лизосомой – ускоренный выброс: листерии, риккетсии. n Уничтожение фагоцитов: v До поглощения – действие гемолизинов v После поглощения – выделение токсических продуктов в фагосоме

Бактериальные токсины Экзотоксины Эндотоксины Образуют грам+ и грам- бактерии Только грам- Секретируются как правило живыми Высвобождаются при гибели клетки клетками в окружающую среду Белки Липид А липополисахарида наружной мембраны клеточной стенки грам- бактерий Термолабильны Термостабильны Токсичность проявляется при минимальных Низкотоксичны количествах вещества Действие высокоспецифично: нейротоксины, Действие однотипно гистотоксины (см. далее) Высокоиммуногенны Не иммуногенны При обработке формалином образуют Специфической профилактики нет анатоксины – основа специфической профилактики

Бактериальные токсины. Экзотоксины n Простые – полипептидная цепь n Сложные – несколько связанных полипептидных цепей, соединенных между собой. n Простые токсины вырабатываются в неактивной форме (протоксин) – активируются протеазами. n Биологический смысл активации – образование бифункциональной системы состоящей из субъединиц А и В. n В- отвечает за транспортную и рецепторную функцию n А- обладает ферментативными свойствами, оказывает специфическое действие

БЕЛКОВЫЕ ТОКСИНЫ РАЗДЕЛЯЮТ ПО СТЕПЕНИ СВЯЗИ С БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКОЙ n А. Токсины, секретируемые во внешнюю среду (дифтерийный токсин) n B. Частично секретируемые токсины (ботулинический токсин и столбнячный тетаноспазмин) –большая часть остается внутри бактериальной клетки, а часть токсина выделяется и проникает в клетки макроорганизма n C. Несекретируемые токсины (токсин Шига и шигаподобные токсины) - освобождаются только после гибели и распада клетки-продуцента

Бактериальные токсины. Экзотоксины n Токсины, повреждающие клеточные мембраны: n Нарушающие целостность мембран клеток с помощью ферментативного гидролиза фосфолипидов –фосфолипаза C. perfringens n Порообразующие-гемолизины и лейкоцидин; могут повреждать моноциты, тромбоциты (альфа токсин стафилококков)

Бактериальные токсины. Экзотоксины n Токсины, нарушающие синтез белка: v Дифтерийный гистотоксин взаимодействует фактором элонгации ЕF-2 и осуществляет его АДФ-рибозилирование. При этом блокируется синтез белка на рибосомах, что, в конечном итоге, приводит к гибели клеток. v Шига-токсин – вызывает ферментативное повреждение 28 s рибосомальной РНК эпителиоцитов толстого кишечника, нарушается функционирование рибосом, факторы элонгации не могут связаться с рибосомами, нарушается синтез белка, клетка погибает.

Бактериальные токсины. Экзотоксины n Функциональные блокаторы (активаторы путей метаболизма вторичных мессенджеров: n Эти токсины способствуют усилению синтеза ц. АМФ, что приводит к нарушению транспорта электролитов (токсин холерного вибриона, коклюшный токсин). n Холероген действует в тонкой кишке, усиливает активность аденилатциклазы n Коклюшный токсин – действует в респираторном тракте, изменяет активность аденилатциклазы.

Термолабильный энтеротоксин холерного вибриона В норме регуляция аденилатциклазы осуществляется регуляторным белком (Gs) и гуанозинтрифосфатом(GTP). А 1 субъединица холерного токсина Однако, активация подавляется прикрепляется к белку Gs с образованием регуляторным белком(Gi) и происходит комплекса (Gs-ADPR), и гидролиз ГТФ. становится невозможен. Поскольку гидролиз ГТФ является ключевым событием для инактивации аденилатциклазы, фермент остается в состоянии постоянной активации.

Бактериальные токсины. Экзотоксины n Токсины-протеазы – нейротоксины: n Клеточные мишени для токсина - группа белков, необходимых для соединения синаптических пузырьков с пресинаптическими плазматическими мембранами с последующим высвобождением нейромедиаторов n Столбнячный токсин связывается с рецепторами пресинаптической мембраны моторных нейронов, но затем с помощью обратного везикулярного транспорта перемещается в спинной мозг, где внедряется в тормозные и вставочные нейроны. Расщепление синаптобревина в этих нейронах приводит к нарушению высвобождения глицина и гамма-аминомаслянойкислоты через пресинаптические мембраны в синаптическую щель- судороги n Ботулотоксин - поступая в кровь, токсин достигает нервно- мышечных соединений и поражает холинэргические отделы периферической нервной системы; происходит пресинаптическая блокада высвобождения ацетилхолина. В результате прекращается подача импульса с нерва на мышцу, развива ется парез или паралич разных групп мышц.

Бактериальные токсины. Экзотоксины § Токсины – суперантигены § Непосредственно взаимодействуют с Т хелперами (связываются с особым белком на поверхности клетки – рецептором CD 28) и стимулируют их к гиперпродукции цитокинов, запуская настолько сильную реакцию иммунной системы, что ее называют «иммунной бурей»

Эндотоксины n Липид А липополисахаридного комплекса грамотрицательных бактерий

Эндотоксин Основные характеристики: v. Иммуногенность v. Стимуляция выработки физиологически активных веществ v. Пирогенность v. Активация комплемента по альтернативному пути v. Накопление органических кислот (метаболический ацидоз) v. Повреждение сосудов микроциркуляторного русла v. Нарушение в результате сосудистых повреждений функций почек, печени, сердца, легких, мозга, развитие эндотоксического шока

Физиологические эффекты эндотоксина Вместе с тем эндотоксины способны оказывать и благотворное влияние, стимулир неспецифическую устойчивость организма к бактериальным и вирусным инфекция Эндотоксины важны для нормального развития и функционирования иммунной системы организма.

Эндотоксин – суперантиген. Схема активации клеток с участием белка Toll-4 и рецепторов IL-1. Устойчив : Чувствителен: К кислым хлору, Низким температурам ультрафиолету Анализ строения Toll-белков и рецепторного комплекса IL-1 подтверждает, что это не случайно. IL-1 практически повторяет все биологические эффекты ЛПС как на местном, так и на системном уровне