Факторы патогенности микроорганизмов их характеристика. Методы определения факторов патогенности микроорганизмов

Патогенность и вирулентность микроорганизмов. Единицы измерения вирулентности.

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), DL50 (доза, вызывающая гибель 50 % экспериментальных животных). При этом учитывают вид животных, пол, массу тела, способ заражения, срок гибели.

Существует три единицы измерения вирулентности (и, одновременно, силы бактериального токсина):

LD50 (доза, вызывающая смерть у 50% животных ),

DLM (минимальная смертельная доза – dosisletalisminima ) и

DCL (абсолютно смертельная доза – dosiscertaeletalis).

Все они вычисляются по одинаковому принципу, хорошо иллюстрирующемуся определение 1 DLM для дифтерийного токсина: минимальное его количество, которое при внутрибрюшинном заражении морской свинки массой 250-300 г вызывает ее гибель на 4 сутки. На практике вирулентность всегда измеряют на группе подопытных животных и, как видно из приведенного определения, при этом учитывают четыре фактора, от которых зависит величина вирулентности.

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 генерализованно.

Весь набор факторов патогенности микроорганизмов можно разделить на четыре группы:

- факторы адгезии или адгезивности и колонизации – факторы прикрепления микроорганизмов к чувствительным клеткам и способность заселять очаги первичного инфицирования;

- факторы инвазии или инвазивности – факторы проникновения внутрь чувствительной клетки и распространения по макроорганизму;

- факторы агрессии или агрессивности – факторы противостояния защитным силам макроорганизма;

- факторы токсигенности или токсинообразование – способность вырабатывать экзотоксины и эндотоксины.

Все эти факторы относительно не связаны друг с другом и по-разному проявляются у различных микроорганизмов. Есть микробы у которых основными являются факторы токсигенности, они продуцируют сильнейшие токсины, например, возбудитель ботулизма, дифтерии. Существуют микробы с выраженными агрессивными свойствами и т.д. Но, так или иначе, набор факторов патогенности микроорганизма определяет патогенез инфекционного процесса, а соответственно и симптомокомплекс сопровождающий инфекционное заболевание.

- Факторы адгезии и колонизации играют ведущую роль на ранних стадиях патогенеза инфекционного заболевания. Функцию факторов адгезии могут выполнять фимбрии (микроворсинки 1-го порядка), белки наружной мембраны (белки-адгезины), липополисахариды клеточной стенки, липотейхоевые кислоты и другие структуры, которые могут располагаться на поверхности микроба либо входить в состав микроворсинок, капсул и клеточной стенки. Факторы хемотаксиса и подвижности – микроорганизмы способные к движению с помощью хемотаксиса ориентируются в отношении своих клеток-мишеней, а за счет движения приближаются к клеткам.

- Факторы инвазии – это в основном экзоферменты микроорганизмов. Гиалуронидаза – расщепляет гиалуроновую кислоту – основной компонент соединительной ткани, препятствующий проникновению посторонних веществ – и повышает проницаемость различных тканей. Нейраминидаза (сиалидаза) – расщепляет сиаловую кислоту, входящую в состав поверхностных рецепторов клеток, благодаря чему последние приобретают способность взаимодействовать с адгезинами микробов и их токсинами. С помощью этого фермента микроорганизмы преодолевают первый защитный барьер макроорганизма – лизоцимный слой, покрывающий поверхность слизистых оболочек и содержащий большие количества сиаловых кислот. Слизь теряет коллоидные свойства и полностью разрушается, а эпителиальные клетки слизистых оболочек, которые в норме покрыты слизью, становятся доступными к колонизации. Фибринолизин – расщепляет фибриновый вал, формирующий вокруг очага воспаления, и способствует распространению микроорганизмов по макроорганизму. Плазмокоагулаза – способствует образованию вокруг микроба капсулы в результате коагуляции плазмы, что препятствует их фагоцитозу, сохраняет от воздействия комплемента и микроорганизмы распространяются из очага воспаления по макроорганизму. ДНК-аза – деполимеризует ДНК, выделяющуюся в межклеточное пространство при гибели клетки, что ведет к снижению вязкости окружающей среды, что благоприятно сказывается на развитии микробов в тканях. Коллагеназа – разрушает коллаген мышечных волокон, что понижает стабильность е структуры и способствует распространению микробов. Лецитиназа С (фосфолипаза) – расщепляет лецитин и другие фосфоглицериды, входящие в состав клеточных мембран мышечных волокон. Продукты гидролиза лецитина оказывают токсическое воздействие на макроорганизм. Протеазы – разрушая слизь, способствуют высвобождению рецепторов клеток, с которыми взаимодействуют микроорганизмы. Ферменты способны изменять рН окружающей среды, делая ее пригодной для размножения микроорганизмов, например, уреаза – нейтрализует кислую среду желудка. У грамотрицательных микроорганизмов факторы инвазии обычно представлены белками наружной мембраны – белками-инвазинами . Подвижность также обусловливает проникновение микроорганизмов в чувствительную клетку и распространение их по макроорганизму.

- Факторы агрессии – это факторы, позволяющие микроорганизмам противостоять защитным силам макроорганизма. Капсула – ингибирует начальные этапы защитных реакций – распознавание и поглощение – «экранирует» бактериальные структуры, активирующие систему комплимента и распознаваемые иммунокомпетентными клетками, защищает микробы от действия лизосомальных ферментов и токсичных оксидантов, которые выделяются фагоцитами, вызывая незавершенный фагоцитоз. У микробов капсула может быть представлена гиалуроновой кислотой, которая не распознается фагоцитами как чужеродная. Различные ферменты и белки микроорганизмов обладают агрессивными свойствами. Плазмокоагулаза – превращает фибриноген в фибрин, образует своеобразную белковую пленку вокруг микробов, которая защищает их от фагоцитов. Каталаза и супероксидисмутазалеточных мембран мышечных волокон.дящие в составспособствует распространению микробов.зкости окружающей среды.вовать с адгезин (оксидаза) участвуют в инактивировании токсических кислородных продуктов фагоцитоза. Аминопептидаза – подавляет хемотаксис фагоцитов. Протеазы – расщепляют молекулы иммуноглобулинов А. Белок А (у стафилококков), белок М (у стрептококков), V-W-антигены (у возбудителя чумы) – тормозят фагоцитоз, за счет подавления «окислительного взрыва» в фагоцитах, подавления хемотаксиса фагоцитов и др. К факторам препятствующим фагоцитозу относят также пептидогликан, тейхоевые кислоты и другие компоненты клеточной стенки. Перекрестно-реагирующие антигены тоже являются факторами агрессии – это общие антигены у представителей различных видов, имеющие сходные антигенные детерминанты, но разные носители. При наличии таких антигенов у микроорганизмов, иммунокомпетентные клетки могут не распознавать их как чужеродные – феномен «мимикрии», что способствует сохранению бактерий в макроорганизме.

Ферменты микроорганизмов способствуют не только инвазии и агрессии, но и выполняют трофические функции, поставляя микробам, низкомолекулярные продукты распада клеток и тканей макроорганизма, необходимых микробам для осуществления процессов жизнедеятельности, что ведет к столь характерному для инфекционного процесса истощению макроорганизма. Например, фибринолизин обеспечивает не только распространение менингококков сквозь сгустки фибрина, но и обеспечивает им поставку аминокислот, продуктов распада фибрина, необходимых микроорганизмам. Таким образом, экзоферменты микробов оказывают токсическое воздействие, способствуют инвазии и агрессии и выполняют трофическую функцию.

- Факторы токсигенности или токсинообразование. Токсины – это либо продукты метаболизма микробной клетки – экзотоксины , либо интегральные компоненты клеточной стенки, высвобождающиеся при ее разрушении – эндотоксины , вызывающие различные нарушения жизнедеятельности макроорганизма.

Экзотоксины – секреторные белковые вещества, обычно проявляющие ферментативную активность, вырабатывающиеся в процессе жизнедеятельности микробной клетки. Синтез белковых токсинов кодируется генами (tox + -гены), локализующимися в хромосоме и сцепленными с генами, входящими в состав профага, а также генами, локализованными в плазмидах. Продуцентами экзотоксинов могут быть как грамположительные, так и грамотрицательные микроорганизмы. Экзотоксины – термолабильны, обладают высокой специфичностью и избирательностью действия, ответственны за клинические проявления инфекционного процесса, действуют дистанционно, то есть далеко за пределами очага инфицирования. Обладают высокой силой действия – токсичностью (6 кг ботулотоксина способно убить все человечество). Проявляют высокую иммуногенность – в ответ на их введение образуются специфические антитела, которые нейтрализуют их действие. (При обработке формалином экзотоксины обезвреживаются и превращаются в анатоксины, которые лишены токсических свойств, но сохраняют способность индуцировать антитоксические антитела).

Классификация экзотоксинов.

По молекулярной организации : сложные – состоят из двух фрагментов А и В. В фрагмент взаимодействует с рецепторами чувствительной клетки, адгезируется на ее поверхности и формирует трансмембранный канал, по которому фрагмент А – собственно токсин, проникает в чувствительную клетку и проявляет свои токсические свойства. Каждый фрагмент сам по себе не активен, свойства токсина проявляются, когда они связаны друг с другом;

простые – «разрезанные» экзотоксины – синтезируются в бактериальной клетке в виде протоксинов и при нарезании протеазой на А и В фрагменты, превращаются в активные формы.

По степени связывания с бактериальной клеткой : группа А – секретируемые во внешнюю среду; группа В – частично секретируемые во внешнюю среду и частично ассоциированные с бактериальной клеткой; группа С – связанные с бактериальной клеткой и высвобождающиеся только после ее гибели.

По характеру мишеней : нейротоксины – поражают клетки нервной системы; гемолизины – разрушают эритроциты; энтеротоксины – поражают клетки эпителия кишечника; дерматотоксины – поражают клетки кожных покровов; лейкоцидины – поражают лейкоциты, нейтрофилы и фагоциты.

По механизму действия:

1. Цитотоксины (гистотоксины) – нарушают элонгацию полипептидной цепи на рибосомах за счет инактивации факторов инициирующих элонгацию и подавляют синтез белка.

2. Мембранотоксины – токсины, повреждающие целостность мембран клеток за счет активации ферментов, либо белков-поринов (гемолизины).

3. Токсины, активирующие пути метаболизма вторичных мессенджеров. Энтеротоксины : за счет активации гуанилатциклазы накапливается цГМФ и происходит подавление абсорбции ионов натрия и усиление секреции ионов хлора; за счет активации аденилатциклазы накапливается цАМФ и происходит нарушение всасывания ионов натрия, калия, воды. В результате усиливается выпот жидкости в кишечник, стимулируется моторика кишечника и формируется диарея.

4. Функциональные блокаторы. Нейротоксины: ботулинический токсин связывается с рецепторами на поверхности пресинаптической мембраны двигательных нейронов периферической нервной системы и вызывает протеолиз белков в нейронах. Это приводит к ингибированию секреции ацетилхолина, что препятствует мышечным сокращениям и проявляется развитием параличей периферических нервов. Тетаноспазмин (фракция токсина возбудителя столбняка) связывается с рецепторами на пресинаптической мембране мотонейронов спинного мозга, внедряется в тормозящие и вставочные нейроны, что приводит к блокаде ингибиторных нейротрансмиттеров – глицина, γ-аминобутировой кислоты, перевозбуждению мотонейронов и стойким мышечным сокращениям – спастическим параличам.

5. Активаторы иммунного ответа (пирогенные токсины, эксфолиатины). Эксфолиатины – разрушают межклеточные контакты (десмосомы) зернистого слоя эпидермиса, что приводит к отслоению (десквамации, эксфолиации) поверхностных слоев эпидермиса и образованию пузырей, наполненных серозным или гнойным содержимым. Эти токсины относятся к суперантигенам и могут действовать непосредственно на антигенпрезентирующие клетки и Т-лимфоциты.

Эндотоксин – структурный липополисахаридный компонент клеточной стенки грамотрицательных микроорганизмов, основная часть которого освобождается только при гибели микроорганизма.

Эндотоксин термостабилен, не обладает специфичностью действия, обладает слабым иммуногенным действием. Способен оказывать на макроорганизм следующий комплекс эффектов:

Пирогенный эффект (повышение температуры тела) – эндотоксин индуцирует выброс интерлейкина-1 из макрофагов, который воздействует на центр терморегуляции;

Токсическое воздействие на сосуды – повышает проницаемость сосудистой стенки, что приводит к гипотоническому эффекту (в тяжелых случаях вплоть до коллаптоидных состояний – синдром Джариша-Герксгеймера);

Активирующее влияние на свертывающую систему крови – активирует фактор Хагемана (XII фактор свертывающей системы крови), что сопровождается микротромбами и нарушениями микроциркуляции (в тяжелых случаях возможно развитие синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС-синдром));

Кардио- и гепатотоксическое действие – блокирует дыхательную функцию митохондрий клеток печени и сердца;

Мембранлабилизирующий эффект – воздействует на тучные клетки и базофилы, что приводит к выбросу гистамина и серотонина и в итоге к возникновению аллергических реакций;

Воздействие на иммунную систему – в больших дозах, в период разгара инфекционного процесса, угнетает функции иммунной системы, в малых дозах, в период реконвалисценции – стимулирует. Активирует систему комплимента по альтернативному пути, стимулирует выработку интерферона.

Все факторы патогенности микроорганизма, вызывающего инфекционной процесс, оказывают комплексное воздействие на организм человека. Один и тот же фактор патогенности может участвовать на различных стадиях инфекционного процесса, поэтому деление их функциям несколько относительно.

Патогенность как биологический признак бактерий реализуется через их три свойства: инфекциозность, инвазивность и токсигенность (или токсичность).
Под инфекциозностью (или инфективностью) понимают способность возбудителей проникать в организм и вызывать заболевание, а также «способность микривое передаваться с помощью одного из механизмов передаги, сохраняя в этой фазе свои патогенные свойства и преодолевая поверхностные барьеры (кожу и слизистые)» (Королюк А. М., 1995). Она обусловлена наличием у возбудителей факторов, способствующих их прикреплению к клеткам организма и колонизации.
Под инвазивностью понимают способность возбудителей преодолевать защитные механизмы организма, размножаться, проникать в его клетки и распространяться в нем. Это свойство также связано с наличием у патогенных микроорганизмов большой группы факторов патогенности, которые наделяют их способностью к внедрению в клетки и размножению в них; факторов, подавляющих фагоцитоз и препятствующих ему; большой группы ферментов «агрессии и защиты».
Токсигенность бактерий обусловлена выработкой ими экзотоксинов. Токсичность обусловлена наличием эндотоксинов. Экзотоксины и эндотоксины обладают своеобразным действием и вызывают глубокие нарушения жизнедеятельности организма.
Инфекциозные, инвазивные (агрессивные) и токсигенные (токсические) свойства относительно слабо связаны друг с другом, они по-разному проявляются у разных микроорганизмов. Существуют микроорганизмы, у которых на первый план выходят агрессивные (инвазивные) свойства. К ним относится, например, возбудитель чумы. Хотя Y. pestis и образует экзотоксин («мышиный» токсин), однако основными факторами его патогенности служат те, которые подавляют защитные силы организма, обеспечивая быстрое внутриклеточное размножение возбудителя и распространение его по организму.
В то же время возбудители столбняка, дифтерии и ботулизма, обладая слабыми ин-фекциозными свойствами, продуцируют сильнейшие экзотоксины, которые и обусловливают развитие болезни, ее патогенез и клинику.
Следовательно, такое сложное биологическое свойство, как патогенность, обусловлено наличием у патогенных бактерий конкретных факторов патогенности, каждый из которых ответствен за проявление определеннных свойств. К ним относятся следующие факторы:
1. Хемотаксис и подвижность (у бактерий, имеющих жгутики). С помощью хемотаксиса бактерии ориентируются в отношении своих клеток-мишеней, а наличие Жгутиков ускоряет их приближение к клеткам.
2. Ферменты, разрушающие субстраты слизи, которая покрывает эпителиальные клетки слизистых оболочек. Протеазы, нейраминидазы, лецитиназы и другие ферменты, разрушая слизь, способствуют высвобождению рецепторов, с которыми взаимодействуют микроорганизмы.
3. Факторы адгезии и колонизации, с помощью которых бактерии распознают рецепторы на мембранах клеток, прикрепляются к ним и колонизируют клетки. У бактерий функцию факторов адгезии выполняют различные структуры клеточной Стенки: фимбрий, белки наружной мембраны, ЛПС и другие компоненты. Адгезия является пусковым механизмом реализации патогенности. Бактерии могут размножаться либо в клетках, либо на поверхности клеток слизистой (на их мембранах) Либо проходить через них и далее распространяться по организму. Поэтому ни один возбудитель, в том числе и вирусы, не может реализовать свою патогенность, если Он не способен прикрепиться к клетке (адсорбироваться на ней). В свою очередь И токсины, до тех пор, пока они не свяжутся с рецепторами мембран клеток, также не смогут реализовать токсические функции. Поэтому адгезия и колонизация - начальные, пусковые механизмы развития болезни.
4. Факторы инвазии, т. е. факторы, с помощью которых бактерии проникают Клетку. Обычно они сопряжены с факторами, подавляющими клеточную активность и способствующими внутриклеточному размножению бактерий. Факторы инвазии у грамотрицательных бактерий обычно представлены белками наружной мембраны.
5. Факторы, препятствующие фагоцитозу, т. е. защищающие от фагоцитоза. Они также связаны с компонентами клеточной стенки и либо маскируют бактерии от фагоцитов, либо подавляют их активность. Такие факторы есть у многих бактерий. Они представлены либо капсулой из гиалуроновой кислоты, которая не распознается фагоцитами как чужеродная, так как химически не отличается от таковой организма, либо капсулами другой химической природы (у В. anthracis, Y. pestis и т. д.); различными белками, тормозящими фагоцитоз, - белок А (у стафилококков), М-белок (у стрептококков), антиген Fral у возбудителя чумы; пленка из фибрина, образующаяся у стафилококков, имеющих плазмокоагулазу; к их числу относятся также пептидогликан, тейхоевые кислоты и другие компоненты клеточной стенки.
6. Факторы, подавляющие фагоцитоз, например V-W-антигены у Y. pestis. Наличие таких факторов обусловливает незавершенный характер фагоцитоза. Чаще всего он связан с образованием бактериями веществ, которые подавляют «окислительный взрыв» фагоцитов. Незавершенный фагоцитоз - одна из важных причин хронизации течения болезни (хрониосепсис).
7. Ферменты «защиты и агрессии» бактерий. С помощью таких ферментов, как фибринолизин, лецитиназа, гиалуронидаза, протеазы и т. п., бактерии реализуют (наряду с факторами, подавляющими фагоцитоз и защищающими от него) свои агрессивные свойства.

Чтобы возникла инфекционная болезнь, необходимо наличие возбудителя, обладающего патогенностью вообще и вирулентностью в частности. Одинаковы ли эти понятия? Патогенность микроба - видовой генетический признак, его потенциальная возможность вызвать при благоприятных условиях инфекционный процесс. По этому признаку все существующие микроорганизмы подразделяют на патогенные, условно-патогенные и сапрофиты. Фактически все возбудители инфекционных болезней являются патогенными, но далеко не все из них способны вызвать инфекционную болезнь, чтобы это произошло, микроорганизм, хотя и принадлежащий к патогенному виду, должен обладать вирулентностью. Поэтому нельзя ставить знак равенства между патогенностью и вирулентностью.

Микроорганизм считается вирулентным, если он при внедрении в организм животного, даже в исключительно малых дозах, приводит к развитию инфекционного процесса. Никто не сомневается в патогенности сибиреязвенной бациллы, между тем среди культур этого микроба изредка, но встречаются авирулентные штаммы, не способные вызвать заболевания у овец и даже кроликов. Бактерии рожи свиней принадлежат к патогенному виду, но немало разновидностей этого микроба было выделено из организма совершенно здоровых свиней, индеек, рыб.

Свойства патогенности и вирулентности

ПАТОГЕННОСТЬ (Pathogenicity) - видовое свойство возбудителя, характеризующее его способность размножаться и вызывать те или иные патологические изменения в организме без дополнительной адаптации. В вирусологии понятие патогенность относится к типу вируса и означает, что данное свойство представлено у всех штаммов (изолятов) этого типа. Понятию патогенность не противоречит тот факт, что высокоаттенуированные штаммы практически утратили многие отличительные черты своего типа, т. е. оказались лишенными способности к патологическому воздействию на организм хозяина. Патогенность обычно описывается только качественными признаками

ВИРУЛЕНТНОСТЬ - это степень патогенности конкретного микроорганизма. Ее можно измерить. За единицу измерения вирулентности условно приняты летальная и инфицирующая дозы. Минимальная смертельная доза - DLM (Dosis letalis minima) - это наименьшее количество живых микробов или их токсинов, вызывающее за определенный срок гибель большинства взятых в опыт животных определенного вида. Но поскольку индивидуальная чувствительность животных к патогенному микробу (токсину) различна, то была введена безусловно смертельная доза - DCL (Dosis certa letalis), вызывающая гибель 100 % зараженных животных. Наиболее точной является средняя летальная доза - LD 50, т. е. наименьшая доза микробов (токсинов), убивающая половину животных в опыте. Для установления летальной дозы следует принимать во внимание способ введения возбудителя, а также массу и возраст подопытных животных, например, белые мыши - 16-18 г, морские свинки - 350 г, кролики - 2 кг. Таким же образом определяют инфицирующую дозу (ID), т. е. количество микробов или их токсинов, которое вызывает соответствующую инфекционную болезнь.

Высоковирулентные микроорганизмы способны вызвать заболевание животных или человека в самых малых дозах. Так, например, известно, что 2-3 микобактерии туберкулеза при введении в трахею вызывают у морской свинки туберкулез со смертельным исходом. Вирулентные штаммы сибиреязвенной бациллы в количестве 1-2 клеток могут вызвать смерть у морской свинки, белой мыши и даже крупного животного.

У одного и того же микроорганизма вирулентность может значительно колебаться. Это зависит от ряда биологических, физических и химических факторов, воздействующих на микроорганизм. Вирулентность микроорганизма можно повысить или понизить искусственными приемами.

Длительное выращивание культур вне организма на обычных питательных средах, выращивание культур при максимальной температуре (опыты Л. Пастера и Л. С. Банковского), добавление к культурам антисептических веществ (двухромовокислый калий, карболовая кислота, щелочь, сулема, желчь и т. д.) ослабляют вирулентность микроорганизмов.

Пассирование (последовательное проведение) возбудителя какой-либо инфекционной болезни через определенный вид животного от зараженного к здоровому, например возбудителя рожи свиней через организм кролика, ослабляет вирулентность для свиней, но усиливает ее для самих кроликов. Действие бактериофага (биологический фактор) может привести к ослаблению вирулентности микроорганизмов.

Усиление вирулентности под действием протеолитических ферментов можно наблюдать у Cl . perfringens при естественной ассоциации с возбудителями гниения (например, сарцинами) или при искусственном воздействии ферментом животного происхождения (например, трипсином).

Связан этот эффект со способностью протеаз активизировать протоксины, т. е. предшественники эпсилон-токсина типов В и D и йота-токсина типа Е Cl . perfringens .

Вирулентность микроорганизмов связана с токсигенностью и инвазивностью.

Токсигенность (греч. toxicum - яд и лат. genus - происхождение) - способность микроба образовывать токсины, которые вредно действуют на макроорганизм, путем изменения его метаболических функций.

Инвазивность (лат. invasio - нашествие, нападение) - способность микроба преодолевать защитные барьеры организма, проникать в органы, ткани и полости, размножаться в них и подавлять защитные средства макроорганизма. Инвазионные свойства патогенных бактерий обеспечиваются за счет микробных ферментов (гиалуронидаза), капсул и других химических компонентов микробов.

Основные факторы вирулентности микробов. Под факторами вирулентности понимают приспособительные механизмы возбудителей инфекционных болезней к меняющимся условиям макроорганизма, синтезируемые в виде специализированных структурных или функциональных молекул, при помощи которых они участвуют в осуществлении» инфекционного процесса. По функциональному значению их разделяют на четыре группы: 1) микробные ферменты, деполимеризующие структуры, препятствующие проникновению и распространению возбудителя в макроорганизме; 2) поверхностные структуры бактерий, способствующие закреплению их в макроорганизме; 3) поверхностные структуры бактерий, обладающие антифагоцитарным действием; 4) факторы патогенности с токсической функцией.

К первой группе 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.

Коллагечаза 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.

Вторая группа включает в себя патогенные микроорганизмы, у которых обнаружены ворсинки, жгутики, пили, рибито-тейхоевые и липотейхоевые кислоты, липопротеиды и липополиса-хариды, способствующие закреплению их в макроорганизме. Это явление названо адгезией, т. е. способностью микроба адсорбироваться (прилипать) на чувствительных клетках. Адгезивность хорошо выражена у эшерихий (штаммы К-88, К-99), которые продуцируют соответствующие белковые антигены, позволяющие бактериям прикрепляться к слизистой тонких кишок, накапливаться здесь в больших количествах, продуцировать токсины и таким образом поражать макроорганизм.

Третья группа включает в себя бактерии, содержащие поверхностные структуры, обладающие антифагоцитарным действием. К ним относятся А-протеин золотистого стафилококка, М-протеин пи-огенного стрептококка, vi -антиген сальмонелл, липиды корд-фактора микобактерий туберкулеза и др. Механизм антифагоцитарного действия этих микробов объясняют не токсигенностью, а способностью блокировать антитела (опсонины) или отдельные фракции комплемента (например, Сз), способствующие фагоцитозу.

Бациллы сибирской язвы, пневмококки могут синтезировать выраженную капсулу, хорошо заметную в мазках-отпечатках, приготовленных из свежего патологического материала или из культур, выращенных на сывороточных средах. Доказано, что капсульное вещество - полисахарида у пневмококков, полипептид d -глутаминовой кислоты у сибиреязвенной бациллы - не простая механическая преграда для бактерицидных соков организма, химических, лекарственных веществ, антибиотиков; капсула и ее вещество защищают бактерии от переваривания. Капсула подавляет фагоцитоз бактерий, обеспечивает их устойчивость к антителам и усиливает их инвазионные свойства. Например, капсулообразующие сибиреязвенные бациллы не подвергаются фагоцитозу, в то время как бескапсульные варианты легко фагоцитируются.

Данный фактор патогенности сибиреязвенного микроба настолько важен, что его используют в качестве критерия для оценки степени вирулентности возбудителя сибирской язвы, а в медицинской и ветеринарной практике успешно используют вакцины (СТИ и ВГНКИ) против этой болезни, представляющие собой взвесь жизнеспособных спор бескапсульных штаммов сибиреязвенных бацилл.

К этой же группе факторов патогенности можно отнести нетоксичные неантигенные капсульные структуры некоторых стрептококков- (например, группы А), построенные из гиалуроновой кислоты. Ввиду общности с межклеточным веществом макроорганизма они, вероятно, не распознаются хозяином и остаются нефагоцитированными.

Четвертая группа включает в себя токсины. Среди токсинов микробного происхождения различают экзо- и эндотоксины. Экзотоксины - высокоактивные яды, выделяемые микроорганизмом на протяжении его жизни в качестве продуктов обмена в окружающую среду (организм животного, пробирка с культурой микроба). Эндотоксины - менее ядовитые по сравнению с экзотоксинами вещества, образующиеся в результате распада микробной клетки. Следовательно, эндотоксины представляют собой фрагменты или отдельные химические компоненты микробных клеток.

Экзотоксины в основном образуют грамположительные микроорганизмы (возбудители ботулизма, столбняка, газовой инфекции и др.), а эндотоксины образуют клетки грамотрицательных микробов (сальмонеллы, кишечная палочка, протей и др.).

Факторы патогенности - это материаль­ные носители, обуславливающие способность микробов вызывать инфекционный процесс. Изучение факторов патогенности позволяет понять, чем патогенный микроб отличается от непатогенного и чем восприимчивый мак­роорганизм отличается от невосприимчивого. В отличие от сапрофитов, патогенные микро­бы для того, чтобы преодолеть естественные барьеры макроорганизма и существовать в нем, должны обладать способностью к адгезии и колонизации, инвазивностью, т. е. способ­ностью к преодолению защитных барьеров макроорганизма, проникновению во внут­реннюю среду макроорганизма за пределы входных ворот инфекции и распростране­нию в его тканях, проникновению в клетки макроорганизма (пенетрация), а также обла­дать агрессивностью, т. е. способностью по­давлять неспецифическую и специфическую реактивность организма за счет агрессинов, интерферирующих с защитными факторами макроорганизма, в том числе противостоять фагоцитозу. В настоящее время термин «инвазивность», подразумевающий способность сохраняться в макроорганизме и размножаться в нем, при­меняют и в отношении внеклеточных парази­тов, таких как стафилококки, стрептококки, псевдомонады и т. д. Кроме того, патогенные микробы должны оказывать токсическое воз­действие на макроорганизм. Каждую из этих функций патогенные микробы реализуют с помощью специализированных структур, со­стоящих из макромолекул, которые являются материальными носителями патогенности, обуславливающими специфичность инфек­ционного процесса. В основе специфичности лежит механизм биологического распознава­ния по принципу комплемента

Чтобы возникла инфекционная болезнь, необходимо наличие возбудителя, обладающего патогенностью вообще и вирулентностью в частности. Одинаковы ли эти понятия? Патогенность микроба - видовой генетический признак, его потенциальная возможность вызвать при благоприятных условиях инфекционный процесс. По этому признаку все существующие микроорганизмы подразделяют на патогенные, условно-патогенные и сапрофиты. Фактически все возбудители инфекционных болезней являются патогенными, но далеко не все из них способны вызвать инфекционную болезнь, чтобы это произошло, микроорганизм, хотя и принадлежащий к патогенному виду, должен обладать вирулентностью. Поэтому нельзя ставить знак равенства между патогенностью и вирулентностью.

Микроорганизм считается вирулентным, если он при внедрении в организм животного, даже в исключительно малых дозах, приводит к развитию инфекционного процесса. Никто не сомневается в патогенности сибиреязвенной бациллы, между тем среди культур этого микроба изредка, но встречаются авирулентные штаммы, не способные вызвать заболевания у овец и даже кроликов. Бактерии рожи свиней принадлежат к патогенному виду, но немало разновидностей этого микроба было выделено из организма совершенно здоровых свиней, индеек, рыб.

Свойства патогенности и вирулентности

ПАТОГЕННОСТЬ (Pathogenicity) - видовое свойство возбудителя, характеризующее его способность размножаться и вызывать те или иные патологические изменения в организме без дополнительной адаптации. В вирусологии понятие патогенность относится к типу вируса и означает, что данное свойство представлено у всех штаммов (изолятов) этого типа. Понятию патогенность не противоречит тот факт, что высокоаттенуированные штаммы практически утратили многие отличительные черты своего типа, т. е. оказались лишенными способности к патологическому воздействию на организм хозяина. Патогенность обычно описывается только качественными признаками

ВИРУЛЕНТНОСТЬ - это степень патогенности конкретного микроорганизма. Ее можно измерить. За единицу измерения вирулентности условно приняты летальная и инфицирующая дозы. Минимальная смертельная доза - DLM (Dosis letalis minima) - это наименьшее количество живых микробов или их токсинов, вызывающее за определенный срок гибель большинства взятых в опыт животных определенного вида. Но поскольку индивидуальная чувствительность животных к патогенному микробу (токсину) различна, то была введена безусловно смертельная доза - DCL (Dosis certa letalis), вызывающая гибель 100 % зараженных животных. Наиболее точной является средняя летальная доза - LD 50, т. е. наименьшая доза микробов (токсинов), убивающая половину животных в опыте. Для установления летальной дозы следует принимать во внимание способ введения возбудителя, а также массу и возраст подопытных животных, например, белые мыши - 16-18 г, морские свинки - 350 г, кролики - 2 кг. Таким же образом определяют инфицирующую дозу (ID), т. е. количество микробов или их токсинов, которое вызывает соответствующую инфекционную болезнь.

Высоковирулентные микроорганизмы способны вызвать заболевание животных или человека в самых малых дозах. Так, например, известно, что 2-3 микобактерии туберкулеза при введении в трахею вызывают у морской свинки туберкулез со смертельным исходом. Вирулентные штаммы сибиреязвенной бациллы в количестве 1-2 клеток могут вызвать смерть у морской свинки, белой мыши и даже крупного животного.

У одного и того же микроорганизма вирулентность может значительно колебаться. Это зависит от ряда биологических, физических и химических факторов, воздействующих на микроорганизм. Вирулентность микроорганизма можно повысить или понизить искусственными приемами.

Длительное выращивание культур вне организма на обычных питательных средах, выращивание культур при максимальной температуре (опыты Л. Пастера и Л. С. Банковского), добавление к культурам антисептических веществ (двухромовокислый калий, карболовая кислота, щелочь, сулема, желчь и т. д.) ослабляют вирулентность микроорганизмов.

Пассирование (последовательное проведение) возбудителя какой-либо инфекционной болезни через определенный вид животного от зараженного к здоровому, например возбудителя рожи свиней через организм кролика, ослабляет вирулентность для свиней, но усиливает ее для самих кроликов. Действие бактериофага (биологический фактор) может привести к ослаблению вирулентности микроорганизмов.

Усиление вирулентности под действием протеолитических ферментов можно наблюдать у Cl. perfringens при естественной ассоциации с возбудителями гниения (например, сарцинами) или при искусственном воздействии ферментом животного происхождения (например, трипсином).

Связан этот эффект со способностью протеаз активизировать протоксины, т. е. предшественники эпсилон-токсина типов В и D и йота-токсина типа Е Cl. perfringens .

Вирулентность микроорганизмов связана с токсигенностью и инвазивностью.

Токсигенность (греч. toxicum - яд и лат. genus - происхождение) - способность микроба образовывать токсины, которые вредно действуют на макроорганизм, путем изменения его метаболических функций.

Инвазивность (лат. invasio - нашествие, нападение) - способность микроба преодолевать защитные барьеры организма, проникать в органы, ткани и полости, размножаться в них и подавлять защитные средства макроорганизма. Инвазионные свойства патогенных бактерий обеспечиваются за счет микробных ферментов (гиалуронидаза), капсул и других химических компонентов микробов.

Основные факторы вирулентности микробов. Под факторами вирулентности понимают приспособительные механизмы возбудителей инфекционных болезней к меняющимся условиям макроорганизма, синтезируемые в виде специализированных структурных или функциональных молекул, при помощи которых они участвуют в осуществлении» инфекционного процесса. По функциональному значению их разделяют на четыре группы: 1) микробные ферменты, деполимеризующие структуры, препятствующие проникновению и распространению возбудителя в макроорганизме; 2) поверхностные структуры бактерий, способствующие закреплению их в макроорганизме; 3) поверхностные структуры бактерий, обладающие антифагоцитарным действием; 4) факторы патогенности с токсической функцией.

К первой группе 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.

Коллагечаза 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.

Вторая группа включает в себя патогенные микроорганизмы, у которых обнаружены ворсинки, жгутики, пили, рибито-тейхоевые и липотейхоевые кислоты, липопротеиды и липополиса-хариды, способствующие закреплению их в макроорганизме. Это явление названо адгезией, т. е. способностью микроба адсорбироваться (прилипать) на чувствительных клетках. Адгезивность хорошо выражена у эшерихий (штаммы К-88, К-99), которые продуцируют соответствующие белковые антигены, позволяющие бактериям прикрепляться к слизистой тонких кишок, накапливаться здесь в больших количествах, продуцировать токсины и таким образом поражать макроорганизм.

Третья группа включает в себя бактерии, содержащие поверхностные структуры, обладающие антифагоцитарным действием. К ним относятся А-протеин золотистого стафилококка, М-протеин пи-огенного стрептококка, vi -антиген сальмонелл, липиды корд-фактора микобактерий туберкулеза и др. Механизм антифагоцитарного действия этих микробов объясняют не токсигенностью, а способностью блокировать антитела (опсонины) или отдельные фракции комплемента (например, Сз), способствующие фагоцитозу.

Бациллы сибирской язвы, пневмококки могут синтезировать выраженную капсулу, хорошо заметную в мазках-отпечатках, приготовленных из свежего патологического материала или из культур, выращенных на сывороточных средах. Доказано, что капсульное вещество - полисахарида у пневмококков, полипептид d -глутаминовой кислоты у сибиреязвенной бациллы - не простая механическая преграда для бактерицидных соков организма, химических, лекарственных веществ, антибиотиков; капсула и ее вещество защищают бактерии от переваривания. Капсула подавляет фагоцитоз бактерий, обеспечивает их устойчивость к антителам и усиливает их инвазионные свойства. Например, капсулообразующие сибиреязвенные бациллы не подвергаются фагоцитозу, в то время как бескапсульные варианты легко фагоцитируются.

Данный фактор патогенности сибиреязвенного микроба настолько важен, что его используют в качестве критерия для оценки степени вирулентности возбудителя сибирской язвы, а в медицинской и ветеринарной практике успешно используют вакцины (СТИ и ВГНКИ) против этой болезни, представляющие собой взвесь жизнеспособных спор бескапсульных штаммов сибиреязвенных бацилл.

К этой же группе факторов патогенности можно отнести нетоксичные неантигенные капсульные структуры некоторых стрептококков- (например, группы А), построенные из гиалуроновой кислоты. Ввиду общности с межклеточным веществом макроорганизма они, вероятно, не распознаются хозяином и остаются нефагоцитированными.

Четвертая группа включает в себя токсины. Среди токсинов микробного происхождения различают экзо- и эндотоксины. Экзотоксины - высокоактивные яды, выделяемые микроорганизмом на протяжении его жизни в качестве продуктов обмена в окружающую среду (организм животного, пробирка с культурой микроба). Эндотоксины - менее ядовитые по сравнению с экзотоксинами вещества, образующиеся в результате распада микробной клетки. Следовательно, эндотоксины представляют собой фрагменты или отдельные химические компоненты микробных клеток.

Экзотоксины в основном образуют грамположительные микроорганизмы (возбудители ботулизма, столбняка, газовой инфекции и др.), а эндотоксины образуют клетки грамотрицательных микробов (сальмонеллы, кишечная палочка, протей и др.).

Факторы патогенности - это материаль­ные носители, обуславливающие способность микробов вызывать инфекционный процесс. Изучение факторов патогенности позволяет понять, чем патогенный микроб отличается от непатогенного и чем восприимчивый мак­роорганизм отличается от невосприимчивого. В отличие от сапрофитов, патогенные микро­бы для того, чтобы преодолеть естественные барьеры макроорганизма и существовать в нем, должны обладать способностью к адгезии и колонизации, инвазивностью, т. е. способ­ностью к преодолению защитных барьеров макроорганизма, проникновению во внут­реннюю среду макроорганизма за пределы входных ворот инфекции и распростране­нию в его тканях, проникновению в клетки макроорганизма (пенетрация), а также обла­дать агрессивностью, т. е. способностью по­давлять неспецифическую и специфическую реактивность организма за счет агрессинов, интерферирующих с защитными факторами макроорганизма, в том числе противостоять фагоцитозу. В настоящее время термин «инвазивность», подразумевающий способность сохраняться в макроорганизме и размножаться в нем, при­меняют и в отношении внеклеточных парази­тов, таких как стафилококки, стрептококки, псевдомонады и т. д. Кроме того, патогенные микробы должны оказывать токсическое воз­действие на макроорганизм. Каждую из этих функций патогенные микробы реализуют с помощью специализированных структур, со­стоящих из макромолекул, которые являются материальными носителями патогенности, обуславливающими специфичность инфек­ционного процесса. В основе специфичности лежит механизм биологического распознава­ния по принципу комплемента