ПАТОГЕННОСТЬ И ВИРУЛЕНТНОСТЬ Триада Генле-Коха: Ф. Генле

ПАТОГЕННОСТЬ И ВИРУЛЕНТНОСТЬ

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

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

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

Генетические аспекты патогенности n Механизм превращения непатогенных в патогенные связан по меньшей мере с двумя процессами: 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 n Механизм превращения непатогенных в патогенные связан по меньшей мере с двумя процессами: 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 n n Патогенность – потенциальная способность микроорганизма вызывать инфекционный процесс. Полифункциональное свойство, детерминировано геномом, передается по наследству. Вирулентность – степень патогенности, фенотипическое проявление патогенного генома 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 n Факторы адгезии и колонизации Факторы инвазии и агрессии Антифагоцитарные факторы 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 q Со специфичностью адгезии связан микробный тропизм – способность микроорганизмов поражать определенные органы и ткани Адгезия служит сигналом к запуску каскада сложных реакций как у бактерии, так и у макроорганизма

Факторы адгезии - Адгезины n n Фимбрии гонококков n n Поверхностные структуры грамположительных бактерий Грамположительные и грамотрицательные бактерии – используют различные стратегии специфической адгезии. У грамотрицательных микроорганизмов молекулы адгезинов входят в состав специализированных органелл – ворсинок (фимбрий, пилей), вследствие чего они названы фимбриальными адгезинами. 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. Афимбриальные адгезины описаны и у грам(–) бактерий (филаментозный гемагглютинин у Bordetella pertussis)

Факторы адгезии- биопленки n n Адгезия сопровождается в ряде случаев формированием биопленок 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 n Инвазия –проникновение возбудителя через слизистые и соединительнотканные барьеры Агрессия – подавление естественной резистентности и адаптивного иммунитета. Действуют совместно. 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 n Распространение микроорганизмов по межклеточным пространствам обеспечивают внеклеточно секретируемые белки, обладающие ферментативной активностью и нарушающие целостность внеклеточного матрикса: Гиалуронидаза- деполимеризует гиалуроновую кислотуосновной компонент соединительной ткани 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 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 n n Лецитиназа – гидролизует лецитин (фосфоглицерид фосфатидилхолин) основной компонент мембран млекопитающих, разрушает липиды клеточных мембран ДНК-аза – гидролиз молекул ДНК 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 n n Протеолитические ферменты: Основной мишенью протеолитических ферментов, образуемых бактериями, являются белки, включая сигнальные и эффекторные белковые молекулы иммунной защиты Коллагеназа- вызывает гидролиз коллагена мышечных волокон Фибринолизин - растворяет сгустки фибрина вокруг очага воспаления, что способствует распространению возбудителя - генерализации инфекции Протеазы- гидролиз тканевых белков Ig. A протеазы -гидролиз секреторных иммуноглобулиновнарушение местного иммунитета

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

Инвазия n 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. 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 n 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 При активной инвазии в эпителиальные клетки микроорганизмы не подвергаются никаким неблагоприятным воздействиям. Описанную стратегию используют сальмонеллы и шигеллы. 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 n n Имеют поверхностную локализацию – капсулы, капсулоподобные структуры Не являются жизненно важными для бактериальной клетки Имеют макромолекулярную структуру

Антифагоцитарные факторы n n v v v v Факторы, подавляющие хемотаксис –стрептолизин стрептококков (который способен убиватьфагоциты), фракции Mycobacterium tuberculosis ø токсин клостридий ингибируют хемотаксис нейтрофилов Факторы, препятствующие захвату-поглощению: 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 Полисахаридные капсулы S. pneumoniae, Haemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae M белок стрептококков группы А Поверхностный полисахаридный слой Pseudomonas aeruginosa O антиген ЛПС E. coli K антиген E. coli , Vi антиген of Salmonella typhi Белок А Staphylococcus aureus

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

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

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

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

БЕЛКОВЫЕ ТОКСИНЫ РАЗДЕЛЯЮТ ПО СТЕПЕНИ СВЯЗИ С БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКОЙ 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) n освобождаются только после гибели и распада клетки-продуцента

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

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

Термолабильный энтеротоксин холерного вибриона В норме регуляция аденилатциклазы осуществляется регуляторным белком (Gs) и гуанозинтрифосфатом(GTP). Однако, активация подавляется регуляторным белком(Gi) и происходит гидролиз ГТФ. А 1 субъединица холерного токсина прикрепляется к белку Gs с образованием 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 n Токсины-протеазы – нейротоксины: Клеточные мишени для токсина - группа белков, необходимых для соединения синаптических пузырьков с пресинаптическими плазматическими мембранами с последующим высвобождением нейромедиаторов 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 Ботулотоксин - поступая в кровь, токсин достигает нервномышечных 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 : Низким температурам К кислым хлору, Чувствителен: 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