Эволюция микроорганизмов и инфекционных заболеваний.

Эволюция микробов - подчиняется общим закономерностям эволюции органического мира, впервые разработанным Чарльзом Дарвином и развитым авторами современной синтетической теории эволюции. Главной особенностью Э.м является то, что они возникли тогда, когда др. органических форм на Земле не было Прямые находки ископаемых микробов относят к периоду 3,6 -3,8x10^9 лет назад. Многоклеточные организмы возникли спустя 3 млрд лет. Предполагается, что за эти 3 млрд лет на модели микроорганизмов были «отработаны» главные условия существования и развития органических форм материи: морфологическая и хим. структура, главные пути обмена веществ и энергии, механизмы наследственности, изменчивости и эволюции, основные закономерности взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей неживой средой.

По современным представлениям, микробы сыграли ведущую роль в переходе Земли из восстановительного периода в окислительный, в формировании первичных экосистем и биосферы в целом и механизмов поддержания местного и глобального экологического баланса. Исследования показывают, что Э. м. подчиняется тем же законам, к-рые действуют в эволюции др. организмов, на них влияют те же эволюционные факторы: мутация, скрещивание, изоляция, мутационные и эпигенетические ограничения и отбор.

В то же время темпы эволюции многих микроорганизмов выше, примером чего являются вирус гриппа А и СПИДа, больничные эковары бактерий.

Эта особенность Э м. связана с малым периодом генерации и большим числом генераций в ед. времени, гаплоидностью хромосомы, большей доступностью генетического материала внешним воздействиям, возможностью передачи генетического материала особям др. видов и родов. В то же время выраженная способность к фенотипической адаптации и переходу в стадию покоя на очень длительное время, большие ареалы и численность популяций, высокие возможности к миграции на глобальном уровне оказывают консервативное влияние на Э.м.

В некоторых биотопах биосферы существуют виды бактерий, образовавшиеся более 2x109 лет. Предполагается, что первичными микроорганизмами были формы, подобные современным микоплазмам, имеющие минимум структур, необходимых для жизни. В последующем морфологическая эволюция шла по пути совершенствования оболочек, ядерного аппарата, органоидов. Так, постепенно возникали прокариотические бактерии, эукариотические грибы и протозоа.

Метаболическая эволюция, вероятно, началась с анаэробных гетеротрофов, которые дали 2 метаболические ветви: факультативно-анаэробных и аэробных гетеротрофов и фото- и хемосинтезирующих аутотрофов.

Экологическая эволюция шла по пути установления экологических отношений с вновь возникающими органическими формами и адаптации к обитанию в новых средах, особенно в живых организмах и их мертвых остатках. Так появились сапрофиты, эпифиты, тканевые, внутриклеточные и внутригеномные паразиты.

Э.м. шла периодами замедления и ускорения. Имеются основания утверждать, что XX в., особенно вторая его половина, является периодом ускоренной эволюции микроорганизмов. Это ускорение связано с влиянием антропогенных факторов НТР. Массовые выбросы токсических отходов производств в окружающую среду угнетают деятельность азотфиксирующих, аммонифицирующих, нитрифицирующих и др. групп микробов, принимающих участие в поддержании экологического баланса экосистем и биосферы. Многообразные изменения отмечены у патогенных для человека микробов и вызываемых ими болезней. За последние 20 лет выявлено около 30 новых инфекционных агентов. Возросли удельный вес и количество вирусных, хронических, смешанных, вторичных, внутрибольничных инфекций.

Резко увеличились число и тяжесть заболеваний, вызванных условно-патогенными микробами. Приобретают эпидемический характер ранее спорадические болезни. Произошло расширение ареала микробов как внутри хозяина, так и числа поражаемых видов и территорий, на которых они обитают. Широкое распространение получили устойчивые к химиопрепаратам, антисептикам и дезинфектантам варианты.

Эволюция вирусов - подчиняется общим закономерностям эволюционного процесса органической материи. Особенностью Э.в. являются высокие темпы, тесная взаимосвязь и взаимовлияние с эволюцией хозяев. Особенно высокие темпы Э.в. отмечены у вирусов с фрагментарным геномом, РНК-вирусов, образующих ДНК-копию генома, вирусов с геномом однонитчатой РНК. В первом случае она определяется высокой частотой рекомбинаций при смешанной инфекции, во втором и третьем - частыми ошибками при транскрипции генетической информации. В современный период темпы Э.в. еще более ускорились в результате усиливающегося давления антропогенных факторов.?

29. 1. Инфекция — сумма биологических реакций, которыми макроорга­низм отвечает на внедрение микробного (инфекционного) агента, вызывающего нарушение постоянства внутренней среды (гомео-стаза).

Аналогичные процессы, вызванные простейшими, называются инвазиями.

Сложный процесс взаимодействия между микроорганизмами и их продуктами, с одной стороны, клетками, тканями и органа­ми человека — с другой, характеризуется чрезвычайно широ­ким разнообразием своего проявления. Патогенетические и клинические проявления этого взаимодействия между микроорга­низмами и макроорганизмом обозначаются термином инфекцион­ная болезнь (заболевание).

Инфекционные болезни по-прежнему наносят огромный ущерб человечеству. Они вышли на первое место среди других болезней, составляя 70% всех заболеваний человека.

За последние годы зарегистрировано 38 новых инфекций — так называемых эмерджентных болезней, в том числе ВИЧ, гемор­рагические лихорадки, "болезнь легионеров", вирусные гепати­ты, прионные болезни; причем в 40% случаев это нозологиче­ские формы, ранее считавшиеся неинфекционными.

Особенности инфекционных болезней состоят в следующем:

• их этиологическим фактором является микробный агент;

• они передаются от больного здоровому;

• оставляют после себя ту или иную степень невосприимчивости;

• характеризуются цикличностью течения;

• имеют ряд общих синдромов.

2. В соответствии с этими особенностями любое инфекционное заболевание имеет определенные клинические стадии (периоды) своего течения, выраженные в той или иной степени:

• инкубационный период — период от момента проникновения инфекционного агента в организм человека до появления пер­вых предвестников заболевания. Возбудитель в этот период обычно не выделяется в окружающую среду, и больной не представляет эпидемиологической опасности для окружающих;

• продромальный период — проявление первых неспецифических симптомов заболевания, характерных для общей интоксикации макроорганизма продуктами жизнедеятельности микроорга­низмов и возможным действием бактериальных эндотоксинов, освобождающихся при гибели возбудителя; они также не вы­деляются в окружающую среду (хотя при кори или коклюше больной в этот период уже эпидемиологически опасен для ок­ружающих);

период разгара заболевания — проявление специфических сим­птомов заболевания. При наличии в этом периоде развития за­болевания характерного симптомокомплекса клиницисты на­зывают такое проявление заболевания манифестной инфекцией, а в тех случаях, когда заболевание в этот период протекает без выраженных симптомов, — бессимптомной инфекцией. Этот пе­риод развития инфекционного заболевания, как правило, со­провождается выделением возбудителя из организма, вследст­вие чего больной представляет эпидемиологическую опасность для окружающих; период исходов. В этот периодвозможны:

• рецидив заболевания — возврат клинических проявлений бо­лезни без повторного заражения за счет оставшихся в орга­низме возбудителей;

• суперинфекция — инфицирование макроорганизма тем же возбудителем до выздоровления. Если это происходит после выздоровления, то будет называться реинфекцией, так как возникает в результате нового заражения тем же возбудителем (как это часто бывает при гриппе, дизентерии, гонорее);

. бактерионосительство, или, вернее, микробоносительство, — носительство возбудителя какого-либо инфекционного за­болевания без клинических проявлений;

• полное выздоровление (реконвалесценция) — в этот период воз­будители также выделяются из организма человека в больших количествах, причем пути выделения зависят от локализа­ции инфекционного процесса. Например, при респираторной инфекции — из носоглотки и ротовой полости со слюной и слизью; при кишечных инфекциях — с фекалиями и мочой, при гнойно-воспалительных заболеваниях — с гноем;

• летальный исход. При этом необходимо помнить, что трупы инфекционных больных подлежат обязательной дезинфек­ции, так как представляют собой определенную эпидемио­логическую опасность из-за высокого содержания в них микробного агента.

В учении об инфекции существует также понятие персистент-ности (инфицированности): микроорганизмы попадают в орга­низм человека и могут существовать в нем, не проявляя себя достаточно долгое время.

Отличие бактерионосительстваот персистениии:

- при носительстве человек выделяет возбудитель в окружающую среду и является опасным для окружающих;

- при персистенции инфицированный человек в окружающую среду микроорганизм не выделяет, следовательно, не опасен для окружающих в эпидемиологическом отношении.

Кроме перечисленных терминов, существует еще понятие "ин­фекционный процесс" — это ответная реакция организма на проникновение и циркуляцию в нем микробного агента.

Из определения понятия "инфекция" становятся очевидными и факторы, необходимые для ее возникновения и развития:

-микроорганизм-возбудитель;

- восприимчивый макроорганизм;

- внешняя среда, в которой они взаимодействуют.

30 Роль микроорганизмов в инфекционном процессе. Патогенность и вирулентность микробов. Внутриклеточный паразитизм микробов (кроме вирусов). Механизмы персистенции микроорганизмов.

Причины и условия развития инфекционного процесса:

1. Микроорганизм – возбудитель

2. Восприимчивый макроорганизм – хозяин

3. Условия внешней среды

Факторы, связанные с микроорганизмом:

1. Патогенность и вирулентность

2. Инфицирующая доза

3. Входные ворота

Патогенность - потенциальная способность того или иного микроорганизма вызывать инфекционный процесс.

Островки патогенности - фрагменты ДНК, кодирующие функции патогенности.

- Отличаются от хромосомной ДНК по % содержанию G+C.

- Отсутствуют в геноме непатогенных бактерий

- Способны к горизонтальной внутривидовой и межвидовой передаче

- Содержат гены, кодирующие детерминанты генетического обмена (транспозоны, интегроны, Is-последовательности)

- Составляют от 10 до 30 % генома (до 300 генов)

По патогенности микроорганизмы:

1. Облигатно-патогенные

2. Условно-патогенные

3. Непатогенные

Вирулентность –мера патогенности.

Единицы измерения: DL50, DLC, DLM, признак индивидуальный (штаммовый), динамичный и вариабельный.

По вирулентности микроорганизмы:

- Высоковирулентные

- Умеренновирулентные

- Слабовирулентные

- Авирулентные

Аттенуация – процесс искусственного стойкого снижения вирулентности. Лежит в основе создания живых вакцин. Разработан Л. Пастером.

Паразиты – гетеротрофные микроорганизмы, которые в процессе эволюции приобрели способность жить за счет живых тканей растений или животных, используя их аминокислоты, углеводы, витамины и другие соединения как источники питания или энергии. Паразиты могут быть облигатными, факультативными, внеклеточными и внутриклеточными.

Паразиты облигатные – микроорганизмы, полностью утратившие способность к сапрофитическому образу жизни и живущие за счет живых клеток. Высшей ступенью облигатного паразитизма является внутриклеточный паразитизм, свойственный некоторым патогенным простейшим, риккетсиям, микоплазмам, хламидозоа и вирусам. Эти микроорганизмы характеризуются обеднением ферментных систем вплоть до полной их утраты вирусами.

Паразиты факультативные – микроорганизмы, которые в зависимости от условий окружающей среды ведут себя как сапрофиты или как паразиты. К ним относятся возбудители ботулизма, столбняка, газовой гангрены, кишечная палочка и др.

Персистенция микробов в широком смысле слова означает способность переживать в опасном для них мире. Она обусловлена их резистентностью к защитным реакциям хозяина.

Механизмы персистенции микроорганизмов:

1. Факторы адаптации(конкуренция с нормальной микрофлорой):

- Выделение бактериоцинов

- Синтез индуцибельных ферментов

- Локальное изменение рН

2. Адгезины – факторы прикрепления:

- Пили

- Белки и тейхоевые кислоты клеточной стенки (у грам+)

- Капсульные полисахариды, белки наружной мембраны, ЛПС

3. Инвазины – факторы проникновения:

- Механический фактор (жгутики, активная подвижность)

- Биологическое проникновение (внутри макрофагов, с помощью переносчиков)

- Химические вещества (ферменты):

а) гиалуронидаза

б) нейраминидаза

в) фибринолизин и др.

4. Факторы подавления защитных сил организма:

- Антифагоцитарные:

а) капсула

б) подавление слияния фагосомы с лизосомой

в) продукция каталазы

- Антисывороточные:

а) капсульное вещество

б) белок А стафилококков (связывает Ig)

в) ферменты, разрушающие лизоцим, комплемент, Ig G, A и др.)

- Антигенная изменчивость

- Антигенная мимикрия

5. Факторы повреждения:

- Экзотоксины

- Эндотоксины

- Ферменты-токсины

6. Белки теплового шока – синтезируются в экстремальных условиях (при воздействии температуры), предназначены для защиты бактерий in vivo.

7. Суперантигены –

белковые молекулы, которые активируют иммунокомпетентные клетки (Т-лимфоциты) к продукции цитокинов – «цитокиновый шторм», шоковый синдром.

31,32 Патогенность — видовой признак, передающийся по наследству, закрепленный в геноме мик­роорганизма, в процессе эволюции паразита, т. е. это генотипи-ческий признак, отражающий потенциальную возможность мик­роорганизма проникать в макроорганизм (инфективность) и раз­множаться в нем (инвазионность), вызывать комплекс патоло­гических процессов, возникающих при заболевании.

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).

Адгезияявляется 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.
Экзотоксиныпродуцируют 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.
Эндотоксиныпо 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.

33Роль факторов внешней среды (физических и социальных) в инфекционном процессе. Способы контроля репродукции и сохранения жизнедеятельности инфекционных агентов во внешней среде.

Роль факторов внешней среды – опосредованная.

Природные факторы:

-Температура

-Влажность

-Излучение (УФ и радиационное)

-Химические соединения

-Наличие очагов инфекционных заболеваний

-Стихийные бедствия

Социальные факторы:

-Уровень коммунального благоустройства и санитарной культуры

-Материальные возможности

-Условия быта

-Национальные обычаи

Под противомикробными мероприятиями понимают совокупность методов уничтожения, подавления жизнедеятельности и ограничения распространения во внешней среде потенциально патогенных для человека микроорганизмов с целью предупреждения развития и лечения инфекционных болезней.

Антисептика - способов уничтожения или подавления жизнедеятельности потенциально опасных для здоровья человека организмов на интактных или поврежденных коже, слизистых оболочках и в полостях с целью профилактики (профилактическая антисептика) и лечения (терапевтическая антисептика) инфекционных процессов.

Асептика - это совокупность противомикробных мероприятий, направленных на предупреждение развития инфекционного заболевания во время медицинских вмешательств или нарушений технологического процесса при микробиологических исследованиях и производстве различных материалов.

Дезинфекция - совокупность способов полного, частичного или селективного уничтожения потенциально патогенных для человека микроорганизмов на объектах внешней среды с целью предупреждения передачи возбудителей болезней от больных и микробоносителей здоровым людям.

Стерилизация - совокупность физических или химических способов полного освобождения объектов внешней среды от вегетативных и покоящихся форм патогенных, условнопатогенных и непатогенных микроорганизмов.

34.По природе возбудителя все инфекционные заболе­вания делятся на инфекиии: • на бактериальные;

• вирусные; грибковые; протозойные.