Антигены бактерий. Частная бактериология на примере кишечной палочки. Эшерихиозы
Дополнительные материалы к лекциям по иммунологии, морфологии и физиологии бактерий
Ещё на первой лекции мы говорили, что микробиологию невозможно рассматривать в отрыве от иммунологии. Ключевыми понятиями последней, помимо собственно иммунитета, являются антигены.
Антигены – молекулы, распознаваемые иммунной системой организма как чужеродные, и вызывающие в нём иммунные реакции.
Конечно, не только бактерии производят антигены: все патогенные микроорганизмы и паразитические многоклеточные существа, так или иначе, несут на себе молекулы, опознаваемые нашим организмом как чужеродные (иногда, к сожалению, он принимает за таковые и собственные молекулы организма: этот сбой лежит в основе патогенеза аутоиммунных заболеваний).
Напомним себе, что у бактерий антигены входят в состав различных структур. В частности, компонент клеточной стенки грам-отрицательных бактерий – липополисахарид – обозначается как соматический или О-антиген, капсулы содержат молекулы К-антигена, а жгутики – Н-антигена (не забывайте, что антигены обозначаются латинскими буквами).
Антигены различны по своим свойствам: О-Аг и К-Аг – полисахариды, Н-Аг – белковой природы. Но и «однобуквенные» антигены у разных штаммов бактерий могут немного отличаться. Ведь это полимеры органических молекул: стоит, например, заменить в К-антигене один или несколько остатков аминокислот на другие, и пространственная структура белка изменится, это будет уже немного другой антиген. Поэтому говорят о различных серологических вариантах бактерий (сероварах).
Термин «серологический» происходит от слова «серум» – сыворотка, – поскольку большинство иммунных молекул, реагирующих с антигенами (белки-иммуноглобулины), содержатся в сыворотке крови. В организме человека иммуноглобулины носят хорошо знакомое вам название – антитела.
Антитела (АТ) обладают свойством специфически взаимодействовать с антигенами по принципу «ключ-замок». Т.е. каждый конкретный антиген может провзаимодействовать только с соответствующим ему уникальным антителом. Это свойство можно использовать для серологической диагностики и идентификации бактерий (основанной на взаимодействии антигенов с содержащими антитела к ним диагностическими сыворотками).
Поэтому если взвесь E.coli в капле физраствора на предметном стекле обработать диагностической сывороткой, содержащей антитела к определённым антигенам, то при совпадении соответствующих антигенов бактерий и антител сыворотки произойдёт их связывание в т.н. иммунные комплексы. Попросту говоря, антитела сыворотки склеят равномерно взвешенные в физрастворе бактерии: это похоже на ледостав на реке, когда из отдельных мелких льдинок образуются крупные. Только если льдины в реке плавают, то образовавшиеся агрегаты бактерий выпадают в осадок. В результате вместо первоначальной мутной взвеси вы через некоторое время увидите на стекле почти прозрачную каплю физраствора с осевшими в ней более или менее крупными хлопьями. Это явление специфического «склеивания» называется агглютинацией (реакция с сыворотками на стекле – слайд-агглютинацией), а выпавший осадок – агглютинатом (вам же наверняка знакомо английское слово «glue»?).
Пробуя сыворотки с разным набором иммуноглобулинов, можно в конечном итоге определить антигенную формулу микроорганизма – в нашем случае, кишечной палочки. Для чего? Во-первых, установить роль выделенной культуры в заболевании. Во-вторых, определение серовара бактерии (как и фаговара, и антибиотиковара) используется для расшифровки вспышек кишечных инфекций – т.е. поиска источника этой вспышки. Ведь, ожидаемо, источник и заразившиеся от него будут иметь один серовар возбудителя.
Стоп! Но разве кишечная палочка является патогеном? Мы же так часто упоминаем о ней в составе кишечной микрофлоры человека! К тому же мы говорили о том, что патогенность – это качественный атрибут микроорганизма, который генетически детерминирован (закодирован в геноме) и не может самопроизвольно проявляться или исчезать. Всё это справедливо, но не забывайте, что микробы – коварны, а природа слишком многообразна, чтобы укладываться в рамки наших «удобных» классификаций.
Кроме того, если вы хорошо запомнили определение инфекционного процесса из второй лекции нашего курса, то в нём подчёркивается значение конкретных условий, которые могут так влиять на взаимодействие патогена с макроорганизмом, что заражение просто не произойдёт.
На практике это приводит к существованию т.н. условно-патогенных микроорганизмов (УПМ). Данные микробы (особенно много их среди бактерий) могут спокойно сосуществовать совместно с нашим организмом в качестве комменсалов или даже мутуалистов в привычных условиях. Но стоит этим условиям измениться, как УПМ немедленно «обнажают звериный оскал», становясь полноценными паразитами и патогенами. Часто это происходит из-за снижения иммунитета, изменения состава микрофлоры в целом (дисбиоз и его частный случай – дисбактериоз), а также в результате попадания бактерий из привычного локуса (местообитания на теле человека) в совершенно для них нехарактерный.
В качестве примера можно привести бактерию эпидермальный стафилококк. В норме он обитает на коже, не создавая проблем. Но при оказании медицинской помощи порой приходится устанавливать пациентам венозные катетеры для введения лекарств прямо в кровеносное русло. И стремясь захватить новое для него пространство, эпидермальный стафилококк колонизирует такие катетеры, попадая через них в кровь. Поскольку эта среда в норме стерильна, то здесь у «путешественника» стафилококка нет конкурентов, в результате чего он быстро размножается. А это может привести к такому явлению как сепсис – в просторечии «заражение крови» – грозное осложнение с высоким риском летального исхода.
Точно так же кишечная палочка спокойно проживает в кишечнике, помогает расщеплять сахара и даже продуцировать витамин К, который мы сами не синтезируем, но который крайне важен для системы свёртывания крови. Однако если она сумеет как-то мигрировать из кишечника в область половых и мочевыводящих органов, то здесь она может вызвать воспалительные реакции: вагиниты, уретриты, циститы. То же самое происходит при травмах внутренних органов, операциях на органах таза и других обстоятельствах, когда кишечная микрофлора попадает в мочевыводящую систему и далее восходящим путём в почки (происходит так называется транслокация – перемещение микроорганизма в нехарактерную для него область обитания). Здесь «хорошая» для кишечника эшерихия становится «очень плохой», вызывая нефрит – воспаление почек.
Кроме того, мы говорили, что бактерии не совсем генетически однородные организмы: у них возможно внегеномное наследование за счёт плазмид и других механизмов, они быстрее эволюционируют за счёт высокой скорости деления, и разные штаммы могут закреплять в геноме различные нужные в конкретных условиях свойства. Поэтому зачастую характеристика патогенности привязана не к виду бактерий, а к варианту вида.
По этой причине некоторые серовары E.coli обладают способностью вызывать кишечные инфекции, иногда весьма серьёзные.
Например, в 2011 году в Европе разразилась вспышка ОКИ (острой кишечной инфекции), связанная с употреблением недостаточно промытых овощей и зелени. Они оказались контаминированы кишечной палочкой серовара О104:Н4, вызывающей кровавую диарею, гемолиз (разрушение клеток крови), продуктами которого у пострадавших забивались канальцы почек с дальнейшим нарушением их функции (это носит название гемолитико-уремического синдрома). Больше всего в ходе вспышки эшерихиозной инфекции 2011 года пострадала Германия, где из 524 заболевших 42 погибли (летальность 8,1% – это очень много: для сезонного гриппа, например, она составляет менее 1%).
Есть и другие «злостные» штаммы E.coli, способные вызывать инфекции под общим названием эшерихиозы.
Эшерихиозы - группа инфекционных бактериальных антропонозных заболеваний, вызываемых патогенными (диареегенными) штаммами E.coli, и протекающих с симптомами общей интоксикации и поражением ЖКТ.
По классификации ВОЗ (1981 г.) серовары патогенных эшерихий разделены на 5 групп, большинство их относится к первым четырём.
1. Энтеротоксигенные эшерихии/кишечные палочки (ЭТЭ/ЭТКП) - О6, О8, О20, О128, О148 и др.
Относится к секреторным диареям. Факторы патогенности - пили и фимбрии - определяют способность бактерии к адгезии и колонизации нижних отделов тонкого кишечника. ЭТКП продуцируют либо термолабильный токсин (LT), либо термостабильный (ST), либо оба одновременно. Заражение в основном происходит при употреблении контаминированных воды и пищи (необходимая инфицирующая доза слишком велика, чтобы распространение могло происходить контактно-бытовым путём). В клинике преобладают холероподобные формы, с быстрым развитием токсикоза и эксикоза (обезвоживания). Вызывают более 400 млн. заболеваний в год. Распространена повсеместна, но в основном в субтропических и тропических странах. Заболеваемость чаще спорадическая, вспышки возникают в коллективах детей в возрасте 1-3 лет. У взрослых зачастую вызывает т.н. "диарею путешественников".
2. Энтероинвазивные эшерихии (ЭИЭ) - О124, О143, О151, О164 и др.
Энтероинвазивные кишечные палочки (ЭИКП) проникают внутрь клеток кишечного эпителия – энтероцитов, вызывая клинику, сходную с другой грозной кишечной инфекцией – бактериальной дизентерией (шигеллёз), которая характеризуется поражением толстого кишечника (колиты) или одновременно толстых и тонких отделов (энтероколиты). Наличие плазмид, кодирующих белки инвазии, схожие, но не идентичные белкам шигелл, определяет наличие перекрёстных серологических реакций. Вспышки больше характерны для детей 1-2 лет в летне-осенний период, но могут болеть и взрослые. Заболеваемость повсеместная, больше страдают развивающиеся страны.
3. Энтеропатогенные эшерихии (ЭПЭ) - 15 серогрупп, 29 сероваров: О18, О25, О26, О44, О55, О111, О125, О142 и др.
Не продуцируют токсины и не инвазируют эпителий, патогенез связан с разрушением микроворсинок энтероцитов. Чаще возникают у детей раннего (грудного) возраста, особенно находящихся на искусственном вскармливании и протекают со смешанной клиникой интоксикации и инвазивно-осмотической или "инвазивно-секреторной" диареи. Заболеваемость спорадическая во всех климатических зонах. 15-20% всех нерасшифрованных ОКИ могут быть вызваны этими возбудителями.
4. Энтерогеморрагические эшерихии (ЭГЭ) - О145, О157.
ЭГКП выделяют ряд экзотоксинов:
- цитотоксин, вызывающий гибель энтероцитов - кодируется геном, переносимым бактериофагом;
- шигаподобный токсин 1 (веротоксин-1), аналогичный токсину Shigella dysenteria (дизентерийная шигелла),
- шигаподобный токсин 2. Ещё одним фактором патогенности являются фимбрии, кодируемые плазмидами.
Только в США возникают до 20 тыс. подобных заболеваний в год. Часто факторами передачи служат домашние животные, крупный рогатый скот (см.ниже).
5. Энтероагрегативные эшерихии (ЭАгЭ)
ЭАгКП слабо изучены, не инвазируют эпителий, не токсигенны, не имеют факторов адгезии как ЭПКП. Чаще обладают способностью к размножению и адгезии у лиц, имеющих ослабленный иммунитет.
Источник инфекции при всех видах эшерихиоза - больной человек, чаще со стёртыми формами инфекции, меньшее значение имеют реконвалесценты (клинически выздоровевшие пациенты, у которых ещё сохраняется выделение бактерий из кишечника). Значимость бактериовыделителей возрастает, если они работают в пищевой сфере или общественном питании.
Выделение возбудителя продолжается 7-10 дней, реже до 3-х недель, дети дольше. При ЭТЭ и ЭГЭ больной заразен только первые дни.
Наиболее опасными считаются энтеротоксигенные эшерихии (из-за развития холероподобных форм инфекции) и энтероинвазивные (инфекция напоминает по клинике и тяжести течения дизентерию).
Механизм передачи – фекально-оральный. Ведущий путь передачи (1) пищевой (в особенности через молоко и молочные продукты), наиболее характерный для ЭТЭ и ЭИЭ. На 2-м месте контактно-бытовой (ЭПЭ - "детские эшерихиозы", фактором передачи могут являться игрушки, предметы обихода, руки матерей или персонала). На 3-м месте водный путь (про механизмы и пути передачи инфекции подробно смотрите вторую часть второй лекции курса – «Эпидемический процесс»).
©Алекс Шел, сентябрь 2022 г. При копировании и использовании материалов ссылка на источник обязательна