Главная > Статьи > Парадигма микробного патогенеза в ХХI веке
19:41, 23 ноября 2004

Парадигма микробного патогенеза в ХХI веке

Парадигма микробного патогенеза (ПМП) – фундаментальная концепция микробиологии, определяющая согласно линейной логике причинно-следственные связи развития заболевания у макроорганизма вследствие инфицирования его микроорганизмами. ПМП основывается на теории микробного моноформизма Луи Пастера. Конкретный микроорганизм вызывает конкретное заболевание в случае выполнения условий, которые называют триадой Коха:

1) микроорганизм обнаруживается в конкретном случае заболевания;

2) микроорганизм не обнаруживается при других заболеваниях и/или как непатогенный микроорганизм;

3) заражение здорового организма чистой культурой микроорганизма, выделенного из больного организма, вызывает аналогичное заболевание [Медицинская микробиология, 1999].
Внедрение ПМП, основанной на постулатах Коха-Пастера, в качестве основной концепции микробиологии определило политику фундаментальных и прикладных направлений медико-биологических исследований и способствовало умножению экспериментальных данных о неправомерности ПМП, в том числе в связи с распространением так называемых персистентных, упорных инфекций, вызываемых условно-патогенными бактериями [Maeda, 2000].

Ярким примером таких инфекций являются микоплазменные инфекции, получившие широкую известность в акушерско-гинекологической практике в конце XX – начале XXI веков. Возбудители этих инфекций — тахителичные (быстро эволюционирующие) бактерии (микоплазмы, класс Mollicutes) обладают высоким уровнем генетически опосредованной фенотипической пластичности. Миниатюрный размер генома и, существенно, ограниченные биохимические способности в значительной мере определяют зависимость микоплазм от высших организмов. Тем не менее эти микроорганизмы способны не только к самостоятельному воспроизведению, но и высокоэффективной адаптации, обеспечивающей преодоление различных защитных систем организмов хозяев и циркуляцию в природе [Борхсениус и др., 2002].

Большой интерес к этим маленьким организмам обусловлен, с одной стороны, уникальностью биологии мельчайшей клетки (вдохновляющей энтузиастов на попытки постигнуть логику жизни в терминах молекулярной биологии), а с другой, — диктуется практической необходимостью. Многие представители класса Mollicutes могут быть возбудителями болезней человека, животных, растений. Микоплазмы являются основными контаминантами клеточных культур. В организме человека микоплазмы могут вызывать иммуннодефицитные и аутоиммунные, острореспираторные и урогенитальные заболевания, в том числе обусловливающие отягощенный акушерский анамнез. Эти микроорганизмы способны передаваться не только горизонтальным путем, но и вертикальным (от матери к плоду), определять различные формы патологии беременности [Борхсениус и др., 2002; Razin, Herrmann, 2002].
Подавление микоплазменных инфекций представляет проблему. Исчезновение симптомов инфекции вследствие антибиотикотерапии не означает элиминации микоплазм из организма, но колонизацию этими микрооргнизмами клеток различных тканей макроорганизма и персистенцию микоплазм. При этом явные повреждения макроорганизма могут отсутствовать.

Специфичные факторы вирулентности у микоплазм не обнаружены. Считается, что высокий уровень генетически опосредованной фенотипической пластичности тахителичных бактерий, определяющей ускользание от иммунного надзора и персистенцию, является основным фактором вирулентности микоплазм [Dybvig, Voelker, 1996; Чернова, 1999].
В этой связи генетически опосредованная вариабельность основных поверхностных иммунодоминантных белков (ОПИДБ) микоплазм представляет особый интерес [Razin et al., 1998]. Гены этих белков образуют семейства. В состав семейств входят высокогомологичные гены, нуклеотидные последовательности которых представлены различными классами повторяющихся элементов, реорганизация которых по типу «выщепление-встраивание» в процессе репликации и рекомбинации обусловливают вариабельность продуктов экспрессии. Изменения в промоторных зонах соответствующих генов (также обусловленные «выщеплением-встраиванием» нуклеотидных последовательностей) обеспечивают переключение фаз (активности) гена. В результате могут возникать миллионы вариантов продуктов экспрессии ОПИДБ, например, генов адгезии, судьба которых определяется отбором, — способностью бактерий преодолевать иммунный надзор, связанный со специфичными антигенраспознающими рецепторами иммуноцитов.

В наших исследованиях первичной структуры генов ОПИДБ M.hominis (участвующих в цитоадгезии микоплазмы к эпителию урогенитального тракта человека) было обнаружено, что у клинических изолятов этой микоплазмы максимальное количество замен нуклеотидов в 1-ой и 2-ой позиции триплетов (определяющих изменения аминокислот) связано с областью гена vaa — модуля, кодирующего эпитоп узнаваемый иммуноглобулином G1. Эта область гена представлена в значительной мере прямыми и инвертированными повторами (15-23 нп), в том числе гомологичными повторяющимися последовательностями, диспергированными на хромосомах человека. Особенности первичной (а также предполагаемой вторичной структуры) соответствующего района vaa-гена M.hominis могут свидетельствовать о возможном участии гена в реорганизации генома как паразита, так и хозяина, а также антигенной мимикрии, определяющей персистенцию микоплазм и связанной с нею патогнез, в том числе имунопатологию.
Патогенез при инфекционных процессах в случае отсутствия факторов вирулентности у микроорганизмов в значительной мере определяется неспецифичной иммунореактивностью организма хозяина, связанной с активацией СОГ и NO-синтазной сигнальных систем, индуцирующих окислительный стресс [Белова, 1997, Чернова, 1999].

Показано, что неимеющая явных клинических проявлений персистенция микоплазм у человека может сопровождаться скрытыми патологическими изменениями в его организме, связанными с дисбиозом, ультрацитопатологией форменных элементов крови, активацией ГКК, угнетением фибринолиза и антикоагуляции и таким образом угрозой развития сДВС, вследствие хронического нарушения эндотелия [Мальцева, 1996; Чернова и др., 1999; Борхсениус, 2002].

В этой связи персистенция микоплазм (как и других инфекционных агентов) может быть фактором риска атерогенеза, ишемической болезни сердца, острого инфаркта миокарда. В наших исследованиях, выполненных совместно с сотрудниками КГМА [Арлеевский и др., 2000, 2001, 2003], приблизительно у 60% пациентов с острым инфарктом миокарда была выявлена персистенция микоплазм. Данные трансмиссивной микрографии свидетельствовали о наличии микоплазм в атеросклеротических бляшках сосудов у 30% этих пациентов.

Хронический окислительный стресс в случае персистенции микоплазм может запускать каскад неспецифических реакций по молекулярным механизмам, известным для инфекционных процессов [Меньщикова, Зенков, 1996; Белова 1996]. В этой связи раскрытие молекулярных основ регуляции стрессорного ответа у микоплазм имеет как фундаментальное, так и прикладное значение.
В наших исследованиях [Чернов и др., 1996; Чернов и др., 1999; Тарчевский, Чернов, 2000] in vivo было установлено, что инфицирование высших эукариот микоплазмами сопровождается хроническим окислительным стрессом и приводит к трансформации микоплазм в мини-тела, размер которых составляющий менее 0.2 мкм (по сравнению с 0.6 мкм для обычных клеток микоплазм), соответствует размеру бактериальных нанноформ.

Феномен наннотрансформации – объект пристального внимания сегодня, установлен для ряда бактерий, в том числе как ответная реакция неспорообразующих бактерий на стрессорные воздействия, включая окислительный стресс [Вайнштейн, Кудряшова, 2000; Маркелова и др., 2001]. Бактериальная наннотрансформация обеспечивается трехкомпонентной системой регуляции, контролирующей также синтез факторов вирулентности, антибиотиков, компетентность и некоторые другие состояния [Nakayama et al., 2003]. Индукторами трансформации микроорганизмов в вирулентные формы являются факторы среды их обитания, в том числе физиологически-активные соединения (интермедиаторы) организма хозяина, — цитокины, активные формы кислорода и гормоны.
В результате наших исследований [Чернов и др., 2004] ультрацитоструктурных и молекулярно-генетических особенностей клеток микоплазм при воздействии стрессоров, определяющих бактериальную трансформацию in vitro, было обнаружено, что клетки микоплазм могут находиться как минимум в двух различных физиологических состояниях, одно из которых, дормантное (дремлющее), связано с нанноформами, — клетками, средний размер которых составляет менее 0.2 мкм. Нанноформы микоплазм проявляют высокую устойчивость к стрессорным воздействиям in vitro и сохраняют потенциальные способности к пролиферации, а также реверсии. Доля нанноформ в популяции клеток микоплазм зависит от особенностей среды их обитания — микрокосма. Трансформация клеток микоплазм в нанноформы при воздействии биогенных и абиогенных стрессоров связана с существенной реорганизацией структуры и экспрессии генома микоплазм.

Персистенция микоплазм является быть индикатором патологии микро- и макробиоценозов. Установлено, что персистенция микоплазм у человека связана с дисбиозом генитального тракта и характеризуется преобладанием условно-патогенных микроорганизмов, особенности метаболизма которых создают благоприятные условия для размножения микоплазм.
По отношению к другим патогенам микоплазмы обычно выступают как синергенты и способствуют развитию суперинфекций [Чернова и др., 1999; Борхсениус и др., 2002; Razin, Herrmann, 2002]. Однако клиническая картина персистенции микоплазм может существенно различаться у разных индивидуумов. Микоплазмы обладают различными средствами воздействия на сигнальные системы инфицированного организма и способны изменять иммунореактивность в организме хозяина в результате как непосредственного воздействия на клетки (в том числе иммуноциты), так и опосредованного – через активные формы кислорода, гормоны и цитокины. Микоплазмы, имеющие ферменты для усвоения аргинина и глюкозы, способны уничтожать L-аргинин (субстрат NO-синтазы) и переключаться в разных условиях на использование в качестве основного источника энергии то аргинин, то глюкозу, меняя, соответственно, спектр индуцируемых сигнальных молекул, регулирующих клеточную реактивность. Эти микроорганизмы могут модулировать иммунореактивность, индуцируя экспрессию провоспалительных цитокинов и/или подавлять их действие посредством индукции антивоспалительных медиаторов ИЛ-10 и ИЛ-12, а также экспрессии антагониста рецептора ИЛ-1 [Борхсениус и др., 2001; Razin, Herrmann, 2002].

Восприимчивость, а также чувствительность к микоплазменным инфекциям зависит от иммунных особенностей индивидуума и может быть генетически детерминирована, так что проявление и спектр патологических реакций при персистенции микоплазм может существенно различаться у разных индивидуумов, что противоречит ПМП, основанной на постулатах Коха-Пастера. Таким образом, при персистенции микоплазм все слагаемые действующей ПМП оказываются невыполнимыми как из-за особенностей тахителичных бактерий так и вследствие молекулярно-генетических механизмов иммунореактивности хозяина.

Многочисленные данные исследователей молекулярных основ в системе «паразит-хозяин», свидетельствующих о неправомерности ПМП, основанной на постулатах Коха-Пастера, стали причиной ее ревизии и разработки новой фундаментальной концепции микробиологии XXI века [Maeda, 2000; Борхсениус и др., 2002].

Способность бактерий, в том числе микоплазм, к трансформации при изменениях окружающей среды, является подтверждением и развитием теории плеоморфизма, а не моноформизма микроорганизмов, что определяет необходимость принципиально нового подхода к решению фундаментальных и прикладных проблем, связанных с механизмами формирования системы «паразит-хозяин» и способами контроля инфекционных процессов. В этой связи актуальное значение сегодня приобретает сигналомика микро- и макробиоценозов, раскрывающая молекулярные основы бактериальной трансформации (в том числе взаимопереход условно-патогенных микроорганизмов в патогенные), регуляция которой может обеспечиваться активными формами кислорода, цитокинами и гормонами [Олескин и др., 2000].

Список литературы:

Арлеевский И.П., Чернова О.А., Ганеева Л.А., Сафин И.Н., Чернов В.М. 2000. Роль микоплазменных инфекций в развитии острого инфаркта миокарда: факты и предположения. Российский кардиологический журнал. N 4 (39): 28-31.
Арлеевский И.П., Ганеева Л.А., Сафин И.Н., Чернов В.М., Чернова О.А. 2001. Персистирующая микоплазменная инфекция как фактор риска развития острого инфаркта миокарда. Кардиология. 41(3): 45-47.

Арлеевский И.П., Чернова О.А., Ганеева Л.А., Сафин И.Н., Чернов В.М. 2003. Микоплазменные инфекции и инфаркт миокарда. Российский кардиологический журнал. N 4 (42): 17-23.
Белова Л.А. 1997. Биохимия процессов воспаления и положения сосудов. Роль нейтрофилов. Биохимия. 62 (6): 659-668.

Борхсениус С.Н., Чернова О.А., Чернов В.М. 2001. Взаимодействие микоплазм с иммунной системой животных и человека. Цитология 43(3): 219-243.
Борхсениус С.Н., Чернова О.А., Чернов В.М., Вонский М.С. 2002. Микоплазмы. Санкт-Петербург: «Наука». 2002. 320 с.

Вайнштейн М.Б., Кудряшова Е.Б. 2000. О наннобактериях. Микробиология. 69: 163–174.

Мальцева Л.И. 1996. Механизмы развития осложнений беременности и перинатальных повреждений плода при микоплазменных инфекциях у женщин. Автореф. докт. дисс. Казань. 36 с.

Маркелова Н. Ю., Алексеева Н. В., Романова Ю. М., Гинцбург А. Л. 2001. Взаимодействие вегетативных и некультивируемых форм Salmonella typhimurium с бактериями bdellovibrio. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 6: 16-19.

Медицинская микробиология, 1999. Ред. Покровский В.И., Поздеев О.К. ГЭОТАР, Медицина, М. 1183с.
Меньщикова Е.В., Зенков Н.К. 1997. Окислительный стресс при воспалении. Успехи совр. биол. 117(2): 155-171.

Олескин А.В., Ботвинко И.В., Цавкелова Е.А. 2000. Колониальная организация и межклеточная коммуникация у микроорганизмов. Микробиология. 69(3):309—327.

Тарчевский И.А., Чернов В.М. 2000. Молекулярные аспекты фитоиммунитета. Микология и фитопатология. 34 (3): 1-10.

Чернов В.М., Гоголев Ю.В., Попова Н.В., Чернова О.А. 1996. Инфицирование гороха посевного Pisum sativum клетками Acholeplasma laidlawii приводит к изменениям морфологических и физиологических признаков растений.Доклады академии наук.. 348(3): 428-430.

Чернов В.М., Гоголев Ю.В., Попова Н.В., Чернова О.А. 1999. Генетическая изменчивость микоплазм (Acholeplasma laidalwii) при взаимодействии их с эукариотами (Pisum sativum). Доклады академии наук. 369(2): 275-277.

Чернов В.М., Гоголев Ю.В., Мухаметшина Н.Е., Абдрахимов Ф.А., Чернова О.А. 2004. Адаптация микоплазм к биогенным и абиогенным стрессорам: наннотрансформация и мини-тела Acholeplasma laidlawii. Доклады академии наук. 396(3):417-420.

Чернова О.А. 1999. Биохимические и и молекулярно-генетические аспекты персистенции микоплазм у человека. Успехи биол. химии. 39: 103-140.

Чернова О.А., Мальцева Л.И., Чернов В.М., Попова Н.В. 1999. Нарушение структуры форменных элементов крови и связанных с ними реакций гемостаза у человека при персистенции микоплазменных инфекций. Доклады академии наук. 365(6): 842-845.

Dybvig, Voelker, 1996. Molecular biology of mycoplasmas. Ann. Rev. Microbiol. 50: 25-57.

Maeda H. 2000. Paradigm shift in microbal pathogenesis: an alternative to th Koch-Pasteur paradigm on the new millenium. 13th Intern. IOM Congress. Abstracts. p. 35. Fukuoka, Japan.
Nakayama J., Akkermans A.D.L., De Vos W.M. 2003.

High-throughput PCR screening of genes for three-component regulatory system putatively involved in quorum sensing from low-G+C gram-positive bacteria. Biosci. Biotechnol. Biochem. 67(3): 480 – 489.

Razin Sh., Herrmann R. 2002. Molecular Biology and Pathogenicity of Mycoplasmas // Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York. 572p.

Razin S., Yogev D., Naot Y. 1998. Molecular biology and pathogenicity of mycoplasmas. In: Microbiol. Molec. Biol. Rev. 64:1094-1156.