Практическое значение изменчивости

Еще Пастер искусственным путем получил необрати­мые изменения у возбудителей бешенства, сибирской язвы и приготовил вакцины, предохраняющие от этих заболеваний. В дальнейшем исследования в области гене­тики и изменчивости микроорганизмов позволили получить большое число бактериальных и вирусных штаммов, используемых для получения вакцин.

Результаты исследования генетики микроорганизмов с успехом были использованы для выяснения закономерно­стей наследственности высших организмов.

Большое научное и практическое значение имеет так­же новый раздел генетики — генная инженерия.

Методы генной инженерии позволяют изменять струк­туру генов и включать в хромосому бактерий гены других организмов, ответственных за синтез важных и нужных веществ. В результате микроорганизмы становятся проду­центами таких веществ, получение которых химическим путем представляет очень сложную, а иногда даже невоз­можную задачу. Этим путем в настоящее время получают такие медицинские препараты, как инсулин, интерферон и др. При использовании мутагенных факторов и селекции были получены мутанты-продуценты антибиотиков, кото­рые в 100—1000 раз активнее исходных.

Г л а в а 11. УЧЕНИЕ ОБ ИНФЕКЦИИ

Инфекция или инфекционный процесс (от лат. infectio — заражать, загрязнять) — это совокупность явлений, возникающих и развивающихся в макроорганиз­ме при внедрении и размножении в нем болезнетворных микроорганизмов.

Проявления инфекции разнообразны, что зависит от свойств микроорганизма, состояния макроорганизма и условий окружающей среды.

Крайней степенью выраженности инфекционного про­цесса является инфекционная болезнь.

Инфекционные болезни были известны давно. Народы глубокой древности не могли иметь правильного представ­ления о причинах возникновения этих заболеваний и считали их «карой божьей». Однако еще Гиппократ, а в XVI веке Д.Фракасторо и другие уже высказали предпо­ложение о том, что заразные болезни связаны с какими-то существами, передающимися от больных здоровым.

В середине XIX века Л. Пастер, Р. Кох, И. И. Мечни­ков, Д. И. Ивановский и другие ученые установили, что возбудителями инфекционных болезней являются микро­организмы.

Взаимоотношения между микроорганизмами и макро­организмом представляют собой симбиоз, который ха­рактеризуется следующими формами: мутуализмом, ком­менсализмом и паразитизмом.

Мутуализм (от лат. mutous — взаимный)—это сожи­тельство, выгодное для обоих сожителей. Например, молочно-кислые бактерии живут за счет макроорганизма и являются антагонистами гнилостной микрофлоры кишеч­ника человека.

Комменсализм (от франц. commensal — сожитель, сотрапезник) — это форма сожительства, при которой один сожитель (микроорганизм) живет за счет хозяина (микроорганизм), не принося ему вреда. К микробам-комменсалам относятся представители нормальной микро­флоры организма, например, неболезнетворные стафило­кокки, кишечные палочки и др. Однако, когда макроорга­низм попадает в неблагоприятные условия либо когда эти микроорганизмы из места своего естественного обитания попадают в другие органы, они могут вызывать заболева­ния.

Паразитизм (от греч. parasitos—нахлебник) харак­теризует взаимоотношения, когда один организм (паразит) живет за счет другого (хозяина) и наносит ему вред. Переход микроорганизмов от сапрофитизма к парази­тизму сопровождался изменением ряда их свойств. Осно­вой таких изменений явилась постоянная изменчивость микроорганизмов с последующим естественным отбором тех форм, которые более приспособлены к новым услови­ям жизни. Вначале развились паразиты, которые не полностью утратили способность к самостоятельному существованию в окружающей среде (факультативные). Затем появились обязательные (облигатные) паразиты, размножающиеся только в организме своего хозяина.

Эволюционный характер формирования паразитизма у микроорганизмов проявляется и в том, что некоторые их виды приобрели способность жить и размножаться только в организме определенного вида. Например, возбудители брюшного тифа, гонореи паразитируют только в орга­низме человека.

В дальнейшем, дифференцируясь, микроорганизмы приспособились к определенным органам и тканям.

Например, пневмококки, в основном, поражают слизистые оболочки дыхательных путей, гонококки - слизистую оболочку половых органов, возбудители брюшного тифа и дизентерии — слизистую оболочку кишечника и т.д.

ПАТОГЕННОСТЬ И ВИРУЛЕНТНОСТЬ

МИКРООРГАНИЗМОВ

Способность микроорганизмов вызывать патологиче­ские процессы в макроорганизме, т. е. заболевания, назы­вается патогенностью (от лат. pathos —страдание, genos — рождение). Микроорганизмы, обладающие этой способностью, называются патогенными. Патогенность - это генетически обусловленный видовой признак. Для большинства патогенных микроорганизмов характер­на специфичность — способность данного вида микро­бов вызывать определенное заболевание. Например, холе­ру вызывает холерный вибрион, гонорею — гонококк и т. д.

Разные штаммы одного и того же вида могут обладать различным по патогенности действием. Степень или мера патогенности называется вирулентностью.

Вирулентность, как и всякое свойство микроорганизма, может изменяться. Эти изменения носят либо фенотипический характер, либо являются результатом нарушений в геноме клетки — тогда они передаются по наследству. Фенотипические изменения, ведущие к ослаблению вирулентности, возникают тогда, когда микроорганизмы попадают в неблагоприятные условия, например при воз­действии на них различных физических и химических факторов. Эти изменения восстанавливаются, вирулент­ность снова повышается при попадании микробов в благо­приятные условия существования. Стабильное снижение вирулентности можно получить при длительном действии различных веществ. Так, Кальметт и Герен получили БЦЖ — живую вакцину из туберкулезных бактерий. Уче­ные 13 лет пересевали культуру на среды, содержащие бычью желчь. При этом имела место селекция (отбор) авирулентных бактериальных клеток, обладающих высо­кой устойчивостью к желчи. Количество их в исходной культуре было невелико (их свойства в популяции не проявлялись).

Вирулентность можно усиливать при пассировании микроорганизмов через чувствительных к ним животных. При этом имеет место селекция вирулентных особей популяции.

Вирулентность микроорганизмов обусловлена их спо­собностью к адгезии (прилипанию), колонизации (размножению), инвазии (проникновению в ткани, клетки макро­организма) и подавлению фагоцитоза.

Адгезия — способность адсорбироваться на определен­ных, чувствительных к данному микробу клетках организ­ма хозяина. Она обусловлена, с одной стороны, поверхно­стными структурами микробной клетки (пили и пр.), с другой — наличием рецепторов клетки макроорганизма, способных вступать в соединение с микробной клеткой.

Колонизация может быть на поверхности клеток, к которым прилипли микробы (например, холерные вибри­оны размножаются на энтероцитах), или внутри клеток, в которые проникают прилипшие микробы (например, ди­зентерийные палочки размножаются в клетках толстого отдела кишки).

Инвазивность связана со способностью микробов продуцировать ферменты, нарушающие (повышающие) прони­цаемость соединительной и других тканей. К таким ферментам относятся: а) гиалуронидаза (фактор рас­пространения), которая разрушает гиалуроновую кислоту соединительной ткани и тем самым способствует проник­новению микробов в ткани; б) нейраминидаза, отщепляющая нейраминовую кислоту от гликопротеидов, гликолипидов, полисахаридов, входящих в состав разных тканей, и таким образом повышающая их проницае­мость.

Подавление фагоцитоза осуществляют капсулы бак­терий. Вещества, входящие в состав капсул различных микроорганизмов, неодинаковы, и их функции тоже раз­личны. Так, полипептид капсул возбудителя сибирской язвы предохраняет его от захвата фагоцитами; полисаха­рид синегнойной палочки угнетает и захват, и внутрикле­точное переваривание бактерий.

Кроме перечисленных факторов, микробы защищают­ся от фагоцитоза некоторыми ферментами. Например, коагулаза стафилококков способствует свертыванию плазмы, что приводит к образованию защитного «чехла» вокруг микробной клетки; фибринолизин раство­ряет фибрин, способствуя этим распространению ми­кробов.

Особое значение в вирулентности имеет способность микроорганизмов синтезировать токсины (яды). Токсины, образуемые микроорганизмами, делят на две группы — экзотоксины и эндотоксины.

Экзотоксины являются продуктами метаболизма микробов, секретируемыми в окружающую среду. Они имеют белковое происхождение, что обусловливает их малую устойчивость к внешним воздействиям. Ис­ключение составляют нейротоксин палочки ботулизма, энтеротоксины стафилококка, холерного вибриона, кото­рые выдерживают кратковременное кипячение.

Микроорганизмы, образующие экзотоксин, обычно ло­кализуются в месте проникновения (во входных воротах), а продуцируемый ими экзотоксин циркулирует в макроор­ганизме, например, столбнячный, дифтерийный и др.

Экзотоксины характеризуются высокой токсично­стью и выраженной специфичностью — органотропностью. Каждый вид токсина поражает определенные органы или ткани. Например, столбнячный токсин пора­жает нервную систему, а дифтерийный токсин—мышцы сердца и т. д.

По своей биологической активности токсины неодина­ковы: некоторые из них полностью определяют клиниче­скую картину заболевания, например, столбнячный, дифте­рийный, ботулинический токсины. Другие принимают бо­лее ограниченное участие в инфекционном процессе, вызывают нетипичные по клиническим проявлениям реак­ции, например, гемолитические токсины стафилококков, кишечной палочки и др.

Экзотоксины диффундируют в окружающую среду. Их получают, засевая токсигенную культуру в жидкую питательную среду и выращивая ее в условиях максималь­ного накопления токсина. После фильтрации через бакте­риальные фильтры получают фильтрат, содержащий экзо­токсин.

В настоящее время ряд экзотоксинов получены в чистом виде и хорошо изучены. Очищенные токсины обладают более высокой токсичностью.

Токсическое действие экзотоксинов снимается, если блокировать активный центр яда воздействуя на него химическими и физическими факторами. При действии 0,4% формалина, выдерживании в условиях 39—40 °С температуры в течение 3—4 нед экзотоксины утрачива­ют токсические свойства, но сохраняют анти­генные. Такие препараты готовят как вакцинные и называют анатоксинами.

Комплекс, тесно связанный с клеткой микроорганизма. Они не специфичны. Клиническая картина, вызываемая эндотоксинами разных микроорганизмов, однотипна: реакция организма сопровождается обычно общими явле­ниями интоксикации — лихорадкой, головной болью и т. д.

Тесная связь эндотоксина с клетками микроорганизма обусловливает его устойчивость к температурному и дру­гим внешним факторам. Для получения эндотоксина необ­ходимо разрушить клетку микроорганизма.