Факторы патогенности микроорганизмов В.В. ЛЕОНОВ, 2013 Ханты-Мансийская государственная медицинская академия Кафедра биологии с курсом микробиологии
Инфекция (от лат. Infectio - вносить нечто вредное, заражать) – это взаимодействие патогенного (болезнетворного) микроорганизма и восприимчивого хозяина в определенных условиях внешней среды. Инфекционная болезнь – это крайняя степень проявления инфекционного процесса, когда образуется патологический очаг и появляется специфическая клиническая симптоматика. Основные понятия и определения ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Движущие силы инфекционного процесса Организм хозяина (макроорганизм) Патоген (микроорганизм) Внешняя среда
Вирулентность (индивидуальный, штаммовый признак) – степень (количественная мера) реализации патогенного генотипа вида каждым конкретным штаммом по отношению к конкретному индивидууму – хозяину. Патогенность (видовой признак) - это способность определенного вида микроорганизмов вызывать соответствующий инфекционный процесс у одного или нескольких видов организма хозяина. ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Патогенность и вирулентность
микроорганизмов – это их патогенетические факторы (факторы, которые приводят к характерной картине патологического процесса). 1. Структурные компоненты клетки 2. Секретируемые факторы ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Факторы патогенности
Классификация факторов патогенности по назначению 1. Факторы адгезии и колонизации 2. Факторы вирулентности -факторы инвазии -факторы токсигенности (токсические субстанции) 3. Факторы защиты - факторы агрессии - антифагоцитарные факторы -факторы персистенции ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Факторы патогенности
Адгезия (о лат. а dhaesio – прикрепление к чему-либо) – это способность клеток микроорганизмов прикрепляться к различным поверхностям. 1. Неспецифическая адгезия -броуновское движение -электростатические силы -силы Ван-дер-Ваальса -гидрофобные взаимодействия Факторы адгезии и колонизации ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии
Бактерия Рецептор Адгезин 2. Специфическая адгезия Адгезины - это поверхностные структуры микробных клеток, посредством которых осуществляется прикрепление микроба к рецепторам клеток хозяина Клетки макроорганизма Факторы адгезии и колонизации ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Адгезины грам - бактерий -пили ( маннозорезистентные и маннозочувствительные – I и IV типа) -капсула и слизи - липополисахарид Адгезины грам+ бактерий - тейхоевые кислоты -поверхностные белки S- слоя (белок М - стрептококков) -капсула и слизи Адгезия E. coli к эпителиальным клеткам мочевыводящих путей человека Факторы адгезии и колонизации
Капсулы и слизи
I II V I II III sec sec ЦПМ Периплазма Наружная мембрана АТФ АМФ N C N C АТФ АМФ АТФ АМФ N C N C N C N C ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Системы транспорта из бактериальной клетки
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Секреторная система III типа ЦПМ Пептидогликан Наружная мембрана АТФаза InvC PrgH PrgK InvG InvJ SipA SopE Spt Реорганизация цитоскелета SopA SopA,B Нарушение ионной секреции Миграции ПМЯЛ Энтеропатогенез SipBCD канал доставки InvH и Prgl Системы транспорта из бактериальной клетки
Инвазия – проникновение и распространение микроорганизмов в межклеточных пространствах тканей организма хозяина и проникновения их внутрь его клеток. ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Факторы инвазии
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Факторы инвазии деполимеризует ДНК Дезоксирибонуклеаза (ДНКаза) разлагает мочевину на CO 2 и NH 3 Уреаза разрушают антитела другие белки Протеазы разрушает лецитин в мембранах клеток Лецитовителлаза растворяет сгустки фибрина Фибринолизин расщепляет коллагеновые структуры в составе мышечной ткани Коллагеназа расщепляет соединительную ткань Гиалуронидаза повышает проницаемость слизистых тканей Нейраминидаза способствует образованию фибриновых барьеров Плазмокоагулаза
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Факторы инвазии
Токсины – это регуляторные элементы, действующие в гетерологичных клеточных системах вне их контроля и сдвигающие равновесие протекающих в них физиологических процессов ( Вертиев Ю.В., 1997). ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Факторы токсигенности
Экзотоксины – вещества белковой природы, секретируемые вирулентными штаммами микроорганизмов и оказывающие токсическое действие на клетки и ткани организма хозяина. Эндотоксины – вещества, входящие в клеточную стенку и высвобождающиеся лишь при гибели клетки. ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Факторы токсигенности
Классификация по механизму действия: Пороформирующие (цитотоксины) Внутриклеточные (АВ-токсины) Контактные (инъекционные) Модулины ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Экзотоксины
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии α - Пороформирующие β - Пороформирующие Поверхностно-активные Zh. I. Andreeva-Kovalevskaya, A. S. Solonin, E. V. Sineva, and V. I. Ternovsky Pore-Forming Proteins and Adaptation of Living Organisms to Environmental Conditions Biochemistry (Moscow), 2008, Vol. 73, No. 13, pp. 1473-1492. Цитотоксины
Гемолизин Эритроцит Fe 2+ ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Гемолизины
Гемолизины
А-субъединица обладает энзиматической и токсической активностью в клетке (от англ. activ - активная). В-субъединица состоит из двух функциональных доменов: рецептор-связывающего и транслокационного (от англ. binding - связывающая) ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии АВ х -токсины
Первый бактериальный АВ х -токсин выделен в 1888 г. Ру и Иерсеном – дифтерийный экзотоксин ( гистотоксин ) ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии АВ х -токсины
По структуре ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Классификация АВ х -токсинов
По молекулярному механизму поражения внутриклеточных мишеней ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Классификация АВ х -токсинов
CHRISTIAN R., H. RAETZ Bacterial Endotoxins: Extraordinary Lipids That Activate Eucaryotic Signal Transduction // JOURNAL OF BACTERIOLOGY, 1993, Vol. 175, No. 18 p. 5745-5753 Клеточная стенка Г - бактерий ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Эндотоксины
Эндотоксин Действует опосредованно через медиаторы воспаления и иммунитета (модулин) Токсемия – состояние, при котором эндотоксин циркулирует в крови Токсинемия – состояние, при котором экзотоксин циркулирует в крови Липид А О-цепь Кор Фосфат ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Эндотоксины
Липид А О-цепь Кор Функции кора и О-цепи 1. R,S -диссоциация 2. Стабилизация наружной мембраны Г - бактерий 3. Антигенная изменчивость 4. Иммуногенность 5. Токсичность (меньше, чем у липида А) Функции липида А 1. Стабилизация наружной мембраны Г - бактерий 2. Токсичность (выше, чем у кора и О-цепи) ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Эндотоксины
Липид А E. coli Липид А Rhodobacter sphaeroides Патогенный Непатогенный Структура липида А различных Г - бактерий Эндотоксины ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии
Эндотоксины ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии CD14 TLR Выброс цитокинов ( IL-1, IL-6, IL-8, TNF- , хемокины ) макрофаг ЛПС ЛПС- связывающий белок плазмы Активация свертывающей системы крови Активация системы комплемента Синтез простагландинов (лейкотриены) Воспаление Разрушение макрофага Свертывание крови энтеробактерия
1. Выделяются в окружающую среду 1. Освобождаются при разрушении бактерий 2. Белок 2. Липополисахарид 3. Термолабильны (60-80°С, 10 мин) 3. Термостабильны (120°С, 30 мин) 4. Высокотоксичны 4. Слаботоксичны 5. Органо- и цитотропны 5. Не обладают избирательным действием на клетки 6. Высокая иммуногенность 6. Слабые антигены 7. Легко обезвреживаются (0,3-0,4% формалином 30 дней, 40 мин) – анатоксин 7. Трудно обезвреживаются (ТХУ) 8. Образуются грам+ и грам - бактериями 8. Образуют грамотрицательные бактерии Экзотоксин Эндотоксин ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Экзотоксин и эндотоксин (сравнение)
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Факторы защиты Защита от чего? 1. РФК 2. Гуморальных эффекторов иммунитета (защита пептидогликана) 3. Клеточных эффекторов иммунитета
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Факторы защиты Персистенция возбудителя (от лат. р ersistere – оставаться, упорствовать) – это форма симбиоза, способствующая длительному переживанию микроорганизмов в инфицированном организме хозяина.
Биопленки (от англ. biofilm ) – это совокупность микроколоний микроорганизмов, прикрепленных к субстрату (поверхности) и ограниченных от окружающей среды микробным (экзополимерным) матриксом. Биопленка P. aeruginosa на поверхности стекла Биопленка на внутренней поверхности водопроводной трубы Биопленки ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Стадии образования биопленки Биопленки
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Роль в медицине 1. Катетерассоциированные инфекции 2. Зубная бляшка 3. Хронические инфекции, связанные с мочекаменной и желчекаменной болезнью 4. Затруднение и замедление проникновения антимикробных агентов Биопленка на поверхности катетера. Электрон. микроскоп. [http : // webs.wichita.edu] Биопленки
«Острова патогенности» ( PAI ) от англ. pathogenicity islands Это блоки чужеродной ДНК в хромосоме бактерий (Хакер,1997) ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Генетика патогенности
Модель « PAI »: Annu. Rev. Microbiol. 2000. 54:641-679. PATHOGENICITY ISLANDS AND THE EVOLUTION OF MICROBES, Jörg Hacker, James B. Kaper ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии « Острова патогенности »
Адгезины Токсины Системы поглощения железа Система се к реции III типа Система секреции IV типа ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии « Острова патогенности »
ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Карта «островов патогенности» LEE ЭПКП (от англ. « locus enterocyte effacement ») Функционально LEE разделен на три домена: Центральный еае, кодирующий интимин, способствующий контакту E.coli с клеткой хозяина Область, кодирующую секретируемые белки Esp Область (большая) с генами esc и sep, кодирующими аппарат секреции III типа Elliott S.J., Yu J., Kaper J.B. // Infect. Immun., 1999. V.67. P. 4260-4263 « Острова патогенности »
Гены, связанные с вирулентностью, регулируются активаторами и/или репрессорами в ответ на внешние стимулы bvg fha fim prn ptx cya BvgA p BvgS регуляция Филаментозный гемагглютинин Фимбрии Пертактин Пертусиген Циклолизин Двухкомпонентная регуляторная система BvgS/BvgA у Bordetella pertussis Bordetella pertussis Температура Никотиновая кислота Сульфат-ион Регуляция вирулентности
Системы поглощения железа Прямое поглощение ионов Fe 2+ ; Восстановительное поглощение Fe 3+ ; Связывание трансферринов и ферритина ; Синтез гемолизинов (цитолизинов) и связывание гема / гемпротеинов ; Синтез сидерофоров. Fur ( ferric uptake repressors ) или DtxR ( diphtheria toxin regulator ) – глобальный белковый регулятор экспрессии генов, активирующих механизмы добывания железа и вирулентность у бактерий Регуляция вирулентности ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии
Химическая структура сидерофоров M. Miethke and M. A. Marahiel Siderophore-Based Iron Acquisition and Pathogen Control MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOGY REVIEWS, 2007, Р. 413 - 451. Регуляция вирулентности
Индуцированный синтез гемолизина S. aureus 372 ионами Fe 2+ ГА – гемолитическая активность ЖДС – железодефицитная питательная среда ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Регуляция вирулентности
Система « Quorum sensing » Феномен регуляции работы определенных бактериальных генов в зависимости от плотности клеточной популяции на основе принципа автоиндукции получил название « чувство кворума » (QS) или « социального поведения » ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Регуляция вирулентности
Ацилгомосеринлактоны ХМГМА кафедра биологии с курсом микробиологии Регуляция вирулентности
