Микробиология Борисов Л.В. Микробиология Борисов Л. Литература для студентов медицинских вузов
 Скачать 27.52 Mb.
|
|
10.3. ИНФЕКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ВИРУСОВ И ОСОБЕННОСТИ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ Вирусы человека и животных являются облигатными внутриклеточными паразитами, которые в чувствительных к ним клетках организма хозяина вызывают продуктивную инфекцию, заканчивающуюся образованием многочисленного потомства. Отсутствие среди вирусов непатогенных особей позволяет опустить применительно к ним такой термин, как патогенность. Вирусы не могут обладать вирулентными свойствами, поскольку вирулентность присуща только живым активно метаболизирующим клеткам патогенных микроорганизмов, поэтому вместо понятий патогенность и вирулентность в случае вирусов более правомочен термин «инфекционность» или «инфекциозность». В основе вирусных инфекций лежит взаимодействие вирусного и клеточного геномов. Это находит свое выражение в освобождении и переключении рибосом клетки хозяина на синтез вирусспеци- фических белков, прежде всего ферментов, или в интеграции вирусной нуклеиновой кислоты в хромосому зараженный клетки. Вирусные болезни, также как и другие инфекционные заболевания, возникают при проникновении возбудителя в макроорганизм через определенные входные ворота инфекции. Например, вирусы гриппа, кори и многие другие проникают в организм человека только аэрозольным путем, а вирусы герпеса — множественными путями. Следующий этап вирусной инфекции состоит в адсорбции вируса на рецепторах чувствительных клеток организма хозяина. Однако в отличие от бактериальных, грибковых и протозойных инфекций все последующие события определяются вирусной нуклеиновой кислотой. Это выражается в характерных особенностях, присущих только вирусным инфекциям. Первая особенность состоит в способности многих РНК- и ДНК- содержащих вирусов вызывать интегративную инфекцию (вирогению), которая происходит при встраивании вирусной нуклеиновой кислоты в хромосому клетки хозяина. Это имеет место при гепатите В, аденовирусной и герпетической инфекции, СПИДе и др. При вирогении отсутствуют стадии репродукции, сборки и выхода вируса из клетки. Клетки с интегрированным вирусным геномом провирусом) могут сохранить свои функции. Однако в определенных условиях интеграция вирусного генома может привести к мутациями неконтролируемому делению клетки. Встроенная вирусная ДНК синхронно реплицируется с клеточной ДНК и при делении материнской клетки передается дочерним. При интегративной инфекции вирусный геном может не транскрибироваться или транскрибироваться частично. В случае выщепления из клеточной ДНК происходит его транскрипция и автономная репликация, которая заканчивается выходом вирусного потомства также, как при продуктивной инфекции. Вторая особенность обусловлена наличием стадии вирусе- ми и, вовремя которой вирус циркулирует в крови. В кровь вирус может поступать из лимфатической системы, переноситься лейкоцитами, проникать в кровеносные капилляры из первично инфицированных клеток. Исключение составляют вирусы, распространяющиеся нейрогенным путем (вирусы бешенства, простого герпеса и др.). Третья особенность заключается в поражении вирусами лимфоцитов — клеток иммунной системы организма человека. Вирусы гриппа, кори, герпеса, полиомиелита, ротавирусы и др. угнетают иммунные реакции Т-лимфоци- тов. Вирусы герпеса, вызывающие ветряную оспу и опоясывающий лишай, вирус цитомегалии индуцируют увеличение абсолютного количества Т-лимфоцитов, а вирус клещевого энцефалита вызывает их активацию Лимфотропность подавляющего большинства вирусов человека и животных существенно отражается на патогенезе и исходе вирусных нКюлеваний, что проявляется в возникновении иммунодефицитных и других иммунопатологических состояний. Наиболее специализированными облигатно-лимфотропными вирусами являются три вируса, поражающие Т-лимфоциты человека, и пдин — В-лимфоциты. Два первых вируса (HTLV-I и HTLV-II от англ. human T-cell limphotropic virus) вызывают лейкоз вследствие пролиферации Т-лимфоцитов. Третий вирус HTLV-III, или ВИЧ, является иозбудителем СПИДа, который в отличие от первых двух вызывает цсструкцию Т-лимфоцитов. Вирус герпеса Эпштейна-Барр — воз- Оудитель инфекционного мононуклеоза — вызывает пролиферацию И-лимфоцитов. Четвертая особенность характерная для ряда вирусных инфекций (оспа, бешенство, герпес, корь и др, состоит во бра зова ни ив нутрия дерн ы х или внутри цитоплазма и чески х включений. Они имеют разную форму и величину. Одни из них (базофильные включения, такие, как тельца Гвар- ииери при оспе и тельца Бабеша-Негри при бешенстве, окрашиваются основными красителями и представляют собой внутриклеточные скопления вируса. Они имеют диагностическое значение. Последствия инфекционного процесса, вызванного вирусами, разнообразны — от сохранения жизнеспособности клетки до широкого спектра поражения. При этом вирусы либо исчезают из организма после выздоровления, либо сохраняются в нем в течение разных ( роков, измеряемых в некоторых случаях многими годами. Наличие мируса в организме не всегда сопровождается его выделением. Вирусные болезни протекают в виде продуктивной им ер сист и р у ю щей инфекций. Продуктивная, или острая, инфекция сопровождается репродукцией вирусов в клетках хозяина и сравнительно быстрым выделением их из организма. Острые инфекции можно подразделить на очаговые иге не р али зова н н ы е . Первые проявляются вместе локальной репродукции вируса. Вторые — при генерализации, когда из первичного очага вирус распространяется по организму, главным образом гематогенным путем, формируя вторичные очаги инфекции. Многие вирусы персистируют в различных клетках организма человека. Например, аденовирусы могут длительно персистировать в миндалинах, вирусы герпеса — в ганглиях тройничного нерва. Пер- систирующая инфекция проявляется в разных формах — латентной, хронической им ед ленной (схема Латентная бессимптомная инфекция характеризуется длительным, її в некоторых случаях пожизненным носительством вируса, который не покидает организм и не выделяется в окружающую среду. В одних Персистенция іируса Латентная (бессимптомная) инфекция Хроническая инфекция Медленная инфекция Вирогения Вне- и янутриклеточ- ная локализация вируса Вирогения Отсутствие выделения вируса Выделение вируса из организма хозяина Отсутствие выделения вируса С хе м а 10.1. Формы персистенции вирусов случаях это связано с дефектностью вируса, точнее, его генома, в результате чего он утрачивает способность к репродукции и образованию потомства. В других — с интеграцией вирусной ДНК или РНК в клеточный геном и возникновением интегративной инфекции. При этом в клеточную хромосому может встроиться вирусная ДНК полностью, как это имеет место в случае вируса герпеса, либо происходит ее частичное встраивание (вирус гриппа. Последствия такого встраивания трудно предсказать. При герпетической инфекции это часто приводит к возникновению хронической инфекции, при гриппе — не сопровождается видимыми изменениями в течение инфекционного процесса, что может быть связано с неполноценностью вирусной РНК или другими причинами. Они, по-видимому, могут зависеть и оттого локуса хромосомы, в который происходит интеграция вирусной нуклеиновой кислоты. В том случае, если она встраивается вблизи промотора, может произойти нарушение регуляции синтеза белка, что приводит к нерегулируемому размножению клеток и возникновению опухоли. Так, например, первичный рак печени у людей, перенесших гепатит, связывают с встраиванием ДНК вируса гепатита В в геном гепатоцитов. Интеграция РНК-вирусов в клеточный геном происходит путем обратной транскрипции. В х годах в клетках людей были обнаружены тысячи копий ретровирусных генов неизвестного происхождения, напоминающие транспозоны бактерий см. 6.2.2). Их называют ретро транс поз она ми вследствие образования путем обратной транскрипции. Встраивание этих ретротранспозонов в хромосомы клеток людей и животных, также как ив клетки бактерий, дрожжей и насекомых, происходит беспорядочно. Это может привести к мутациям, нарушающим работу мутировавшего гена, или изменению уровня его экспрессии (активации. Таким образом, данный ген становится онкоге ном, индуцирующим образование опухоли У человека продукты обратной транскрипции (ретротранспозоны, •ндогенные провирусы) составляют примерно 10% клеточного генома. Хронические вирусные инфекции также рассматривают как одну и форм персистенции вируса, которая продолжается в течение нескольких месяцев и лет. Данную форму инфекции вызывают адено- пирусы, вирусы гепатита, герпеса и др, которые периодически выделяются из организма больного во внешнюю среду (см. схему При абортивной инфекции чаще всего происходит утрата к неткой вирусной нуклеиновой кислоты после ее выщепления из клеточного генома. Для медленных инфекций характерны очень длинный инкубаци- ■шный период, продолжительность которого измеряется многими месяцами и годами, постепенное нарастание симптомов заболевания, которое часто заканчивается смертью больного. К медленным инфекциям относятся прогрессирующие заболевания, поражающие ЦНС: Оолезнь Крейтцфельда-Якоба, подострый склерозирующий панэнце- фплит, рассеянный склероз, амиотрофический боковой склероз и некоторые другие. При многих медленных инфекциях вирусы выделяются из организма (например, при болезни Крейтцфельда-Якоба). II случае интеграции вируса в клеточный геном его выделение из орга ни ша прекращается см. 24.5). 10.4. ЭВОЛЮЦИЯ МИКРОБНОГО ПАРАЗИТИЗМА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ Паразитизм, также как и другие формы взаимоотношений между паразитами и их хозяевами, возник, развивался и совершен- | гиовался в процессе эволюции микроорганизмов. Полагают, что сво- Гюдноживущие микроорганизмы-сапрофиты появились свыше 3 млрд. не і тому назад вовремя зарождения жизни на нашей планете, а мик роорганизмы-паразиты значительно позже — по мере образования •укариотов. В основе паразитизма лежат расширение и обновление эколо- | ических возможностей сапрофитов, поскольку передними откры- нись новые экологические сферы распространения. Так, возникли факультативные необязательные) пара п ты, многие из которых, не нанося заметных повреждений орга- шгіму хозяина, извлекают для себя пользу. Такая форма межвидо- пмх отношений называется комменсализмом. Она ха- рпктерна для сапрофитных гнилостных микроорганизмов, которые и»поили новую экологическую нишу кишечник животных и человека. К ним относятся условно-патогенные, или оппортунист ческие, виды бактерий (эшерихии, протей и др, дрожжеподобныг грибы, популяции которых в нормальных условиях не нанося і ущерба хозяину. Однако в экстремальных ситуациях данные микроорганизмы вызывают патологические процессы. По мере увеличения зависимости от организма хозяина происходило дальнейшее совершенствование паразитизма, которое привело к появлению патогенных видов — возбудителей инфекционных заболеваний людей и животных. Многие из них утратили сапрофитную форму в своем развитии в отличие от условно-патогенных микроорганизмов. Они оказались неспособными не только размножаться, но даже сохраняться в окружающей среде. Так, трепонема сифилиса, бактерии коклюша и др. выживают во внешней среде всего несколько минут, энтеробактерии — несколько недель и месяцев и т.д. Однако спорообразующие патогенные (а циллы сибирской язвы) и условно-патогенные бактерии (клостридии столбняка и газовой гангрены) сохраняются в течение многих месяцев и лет в виде спор. По мере увеличения зависимости паразитов от организма хозяина появились факультативные внутриклеточные паразиты. К ним относятся гонококки именин гококки, микобактерии туберкулеза, шигеллы и другие бактерии, способные размножаться в клетках организма человека. Перечне ленные виды не утратили способности размножаться на искусственных питательных средах, что свидетельствует о сохранении у них набора ферментов, необходимых для анаболических и катабо- лических реакций. На более поздних этапах эволюции появились облигатные внутриклеточные паразиты, к которым относятся хламидии, риккетсии и патогенные простейшие. Эти возбудители сохранили клеточную организацию, ноли шились генов, контролирующих образование ряда ферментов, необходимых для важнейших метаболических реакций, вследствие чего они утратили способность расти на питательных средах. Таким образом, в результате регрессивной эволюции появились облигатные внутриклеточные паразиты с редуцированными метаболическими реакциями, полностью зависящие от своего хозяина. Как у внеклеточных, таки у внутриклеточных паразитов, подавляющее число которых относится к патогенным видам, в процессе эволюции появились факторы, защищающие их от неспецифичес кой и иммунной защиты организма хозяина. Основной движущей силой эволюции микробного паразитизма, вовремя которой сформировались патогенные виды, явились мутации и рекомбинации генов. В результате направленного отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям суще- (ггвования в организме человека, происходило совершенствование вирулентных и токсических свойств возбудителей, формирование новых их разновидностей и видов. Основные селективные фактом направленного отбора, действующие в организме человека и животных, относятся к неспецифической и иммунной защите организма хозяина, а также постоянно увеличивающемуся арсеналу •гиотропных химиотерапевтических и иммунных (вакцины, иммуноглобулины) препаратов. При этом число новых генотипов, выживших в результате направленного отбора, находится в прямой швисимости от количества действующих селективных факторов, іто приводит к постоянному обновлению генофонда микробной популяции. Особое значение в эволюции патогенов играет постоянная миграция информации с внехромосомными факторами наследственности или транспозируемыми элементами (транспозоны, плазмиды). Как уже отмечалось см. 6.2), они контролируют образование самых разнообразных продуктов токсинов, ферментов, антигенов, которые в определенных случаях придают селективные преимущества несущим их клеткам возбудителя. В этой связи встает вопрос о происхождении и роли транспозиру- емых элементов в эволюции патогенных микроорганизмов см. 6.11). Наиболее вероятно, что транспозируемые элементы произошли из хромосомных генов, которые приобрели способность выщепляться из состава бактериальных ДНК. Об этом свидетельствует тот факт, что хромосомные гены, как правило, ответственны за образование тех же факторов патогенности, которые контролируются транспозируемыми •лементами. В автономном состоянии последние существуют в циркулярной форме, способной обратно встраиваться в бактериальную хромосому. При этом нередко вместе интеграции возникает инсерта- ционная мутация вследствие сдвига считывания. Таким образом, эволюционная роль внехромосомных факторов наследственности состоит в повышении гетерогенности бактериальных популяций, что в конечном итоге способствует выживанию тех Гжоваров с измененной антигенностью и патогенностью, которые наиболее приспособлены к данным конкретным условиям существо- нания в организме своего хозяина. В настоящее время установлено сходство между провирусами и транспозируемыми элементами. Провирусы представляют собой такую форму вирусной ДНК, которая встроена в хромосому клетки хозяина. Выше данная форма взаимодействия между вирусом и клеткой была охарактеризована как интегративная инфекция. В этой свя- іи можно допустить, что ДНК-вирусы произошли из транспозируе- мых элементов бактериальных клеток, которые при выщеплении из бактериальной хромосомы могли приобрести структурные гены, контролирующие образование вирусного капсида, и соответствующие регуляторные гены. Вместе стем широкое распространение обратной транскрипции среди вирусов, бактерий, дрожжей, растений насекомых, позвоночных животных и человека является одним из аргументов в пользу гипотезы о первоначальном образовании РНК. Вопросы для самоконтроля. Дайте общую характеристику инфекции и ее разнообразным формам. Какие признаки микроорганизма определяют развитие инфекции Дайте характеристику каждому из них. Как патогенный потенциал бактерий проявляется в организме хозяина. Дайте характеристику факторам вирулентности бактерий. Каков химический состав и механизм действия бактериальных токсинов. В чем состоят различия между белковыми токсинами и ЛПС (эндотоксином. Как осуществляется генетический контроль факторов вирулентности и токсинообразования? 8. Чем определяются инфекционные свойства вирусов и каковы особенности вирусных инфекций. Каковы механизмы персистенции вирусов и чем они отличаются оі персистенции бактерий. Каковы возможные пути происхождения патогенных микроорганизмов и вирусов Часть третья ИММУНОЛОГИЯ Г ЛАВА ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИДЫ И ФОРМЫ ИММУНИТЕТА Иммунология — наука, изучающая иммунитет и использование иммунологических понятий и методов в других областях науки и практики. Иммунитетом (Immunitas — свобода от чего-либо) называют совокупность свойств и механизмов, обеспечивающих постоянство состава организма и его защиту от инфекционных и других чужеродных для него агентов. Конкретно это сводится к контролю за развитием и действием в организме микроорганизмов и иммунологическому надзору за гомеостазом (постоянством состава) собственных клеток и тканей, включая процессы формообразования, регенерации, а также своевременного удаления отживших, поврежденных, мутантных и опухолевых клеток. Иммунологические функции осуществляются на двух уровнях. Первый — филогенетически более древний уровень составляют неспециализированные защитные механизмы, действующие против любого чужеродного фактора. Эти механизмы действуют постоянно и обеспечивают состояние, получившее название врожденный, естественный, иммунитет или неспецифическая резистентность». Механизмы неспецифической резистентности функционируют в организме постоянно, обуславливая в случаях массивного микробного или иного дестабилизирующего воздействия воспалительную реакцию, одинаковую при разных возбудителях. Развитие воспалитель- ИММУНИТЕТ Врожденный (неспецифическая резистентность) Приобретенный (специфический) Клеточный Гуморальный Клеточный Гуморальный Активный Пассивный Постинфекционный Поствакцинапьный Сывороточный Плацентарный (материнский) |