Наши посетители

Flag Counter

Карта посещений

Просмотров: 13 342

Сологуб Елена Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

Пособие предназначено для широкого круга читателей, интересующихся и работающих в медицине. Краткое изложение курса медицинской микробиологии (общая и частная части) позволят узнать или повторить, раскрыть или расширить  имеющиеся представления о микроорганизмах, их роли в развитии той или иной патологии, значении в обмене веществ в природе. Особый интерес наша работа должна вызвать у врачей ревматологов, так как частная микробиология представлена теми микроорганизмами, которые играют роль в развитии различных заболеваний суставов. Суставной синдром наблюдается при ряде инфекционных заболеваний, ведущую роль при этом выполняет колонизация синовиальной оболочки патогенными микроорганизмами. Бруцеллы, боррелии, арбовирусы обладают выраженными артротропными свойствами. При этом гноеродные бактерии, микобактерии туберкулеза, бледная трепонема и большинство вирусов редко вызывают инфекционный артрит. Чрезвычайно редко возбудителями артритов могут стать атипичные микобактерии, возбудитель болезни Уиппла, отдельные паразитические формы типов Плоские и Круглые черви. Течение артритов (острое, хроническое) определяет вид возбудителя и его патогенные свойства. Гноеродные микробы, бруцеллы, боррелии, вирусы обуславливают чаще острое течение артритов. Хроническую форму имеют артриты, вызванные микобактериями, спирохетами, низшими грибами. Часто инфицирование приводит к реактивному артриту с вовлечением в процесс иммунопатологических механизмов.

1 РАЗДЕЛ. ОБЩАЯ МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И ВИРУСОЛОГИЯ

Глава 1. Общие вопросы систематики, ультраструктуры различных групп микроорганизмов

1.1. Систематика и номенклатура микроорганизмов

Микробиология – наука, изучающая организмы, неразличимые невооруженным глазом. Собственно микробиология является отраслью биологии, а именно биологии микроорганизмов, которая сформировалась в самостоятельную отрасль. Медицинская микробиология изучает патогенные и условно-патогенные микроорганизмы для человека, методы их выделения и идентификации, специфической терапии и профилактики.

Систематика микроорганизмов позволяет распределить их по группам, которые называют таксонами.

Основная таксономическая  единица – вид, конкретная форма существования органического мира и основное понятие. В микробиологии вид – это совокупность особей, имеющих единое происхождение и  генотип, сходных по биологическим признакам и  способных вызывать в стандартных условиях качественно определенные процессы. Виды объединяют в роды, роды в семейства, затем следуют таксономические категории порядок, класс, отдел (тип), царство. В некоторых случаях используют промежуточную таксономическую группу, например триба, подвид и т.п. Высшая таксономическая единица – домены. Согласно 2-му изданию (2001 г.) Руководства Берджи  среди клеточных форм жизни различают три домена, или империи (Bacteria, Archaea, Eukarya). Домен Bacteria- прокариоты, истинные бактерии или эубактерии, клетки имеют ядро без ядерной оболочки, 70S рибосомы. Домен Archaea – прокариоты ( архебактерии) и домен Eukarya – эукариоты. Клетки эукариотов имеют ядро с ядерной оболочкой и ядрышком, а цитоплазма состоит из эндоплазматической сети, лизосом, митохондрий, 80S рибосом и т.д. В домене Bacteria можно выделить следующие бактерии: бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные; бактерии с толстой клеточной стенкой, грамположительные; бактерии без  клеточной стенки (класс микоплазмы). Архебактерии не содержат пептидогликан  в клеточной стенке, имеют особые рибосомы и рибосомные РНК. Среди них нет возбудителей инфекционных болезней. Под действием факторов окружающей среды все микроорганизмы способны изменять свои свойства.

Таблица 1. Основные таксономические категории микроорганизмов

Домен Domain
Царство Kingdom
Тип Phylum (отд. Division)
Класс Class
Порядок Order
Семейство Family
Род Genus
Вид Species

 

В основу классификации микроорганизмов положены морфологические особенности, структура клетки, способность воспринимать анилиновые красители, физиологические и биохимические свойства (тип дыхания, культуральные признаки, биохимическая активность и т.п.). По совокупности признаков проводят идентификацию микроорганизмов. Для обозначения бактерий применяют бинарную номенклатуру, например, Shigella flexneri. Первое слово означает принадлежность к роду, оно пишется с прописной буквы и является производным какого-либо термина или фамилии автора. Второе слово означает вид микроба. В приведенном примере род и вид микроба  названы в честь ученых, изучавших шигеллы –  Киеси Шига и Флекснера.

Несколько  основных понятий микробиологии: штамм – более узкое понятие, чем вид, означает совокупность особей одного вида, выделенных из одного или разных источников в разное время. Так, если возбудитель выделен из воды, то его называют водный штамм, а если из фекалий – фекальный штамм. Клон – культура микроорганизмов, полученная из одной клетки. Чистая культура – популяция микроорганизмов одного вид.

Мир микробов                               Таблица 2.

Неклеточные 

формы

Клеточные формы
Прионы 

Вироиды

Вирусы

Домен 

Bacteria

Домен 

Archaea

Домен Eukarya
Прокариоты Эукариоты
  • Бактерии

с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные

Архебактерии Простейшие 

(царство

Animalia,

подцарство

Protozoa):

тип

Sarcomastigophora

тип

Apicomplexa

тип

Ciliophora

тип

Microspora

Грибы 

(царство

Fungi):

Тип

Zygomiceta

тип

Ascomycota

тип

Basidiomycota

тип

Deuteromycota,

или

митоспоровые грибы

  • Бактерии

с толстой клеточной стенкой, грамположительные

  • Бактерии

Без клеточной стенки – микоплазмы

 

1.2. Особенности строения клеток микроорганизмов, химический состав

Обязательные компоненты, без которых клетка микроорганизма не может существовать,- это цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), ядерная субстанция, цитоплазма. Ядерная субстанция бактерий содержит гаплоидный набор хромосом. Необязательные  клеточные структуры микроорганизмов – клеточная стенка, капсула (слизистый слой), жгутики, пили. У бактерий такие структуры клеток, как митохондрии, хлоропласты, пластинчатый комплекс Гольджи, центриоли. Наиболее просто из микроорганизмов устроены микоплазмы. Самые мелкие клетки микоплазм крупнее вируса гриппа, но мельче вируса коровьей оспы.

Химический состав прокариотических клеток включает ДНК и РНК, белки, липиды, углеводы, минеральные вещества, воду. Вода может составлять до 85% бактериальной клетки (все зависит от вида микроорганизмов, физического состояния клетки) и находится в свободном и связанном с биополимерами состоянии. Вода выполняет функции растворителя, участвует в реакциях промежуточного метаболизма.

Минеральные вещества, химические элементы. На долю минеральных веществ приходится 2-14% сухой массы клетки. Бактериальная клетка содержит макроэлементы (углерод, азот, водород, кислород);  микроэлементы (фосфор, калий, натрий, магний, кальций и др.) и ультрамикроэлементы (марганец, цинк, молибден, бор, хром, и др.). Основные химические элементы микробов входят в состав нуклеиновых кислот, белков, липидов, полисахаридов. Отличительный биополимер прокариотов – пептидогликан ( гликопептид).

В прокариотической клетке 10% РНК и 3-4% ДНК, выполняющих функцию хранения, передачи наследственной информации. На генетическом уровне прокариоты имеют приблизительно 4 тыс. генов (E. coli), 4 млн. пар нуклеотидов (ДНК), более 90% кодирующих последовательностей ДНК ( экзонов), не имеют гистоновых белков. ДНК у прокариот кольцевая, содержит 100 петель по 40 тыс. пар нуклеотидов, регуляция транскрипции оперонная.

Белки. В состав клеток прокариот входят простые и сложные белки, на их долю приходится 50-70% сухой массы клетки. Представлены ферментами, обеспечивающими процессы жизнедеятельности, белками транспорта веществ, токсинами, структурными белками (ЦПМ, клеточная стенка и др.)

Липиды. В состав липидов прокариотов входят жирные кислоты, нейтральные жиры, фосфолипиды, гликолипиды, воска, а также специфические для микробов липиды (тубекостеариновая и миколовая жирные кислоты и др.). В основном липиды входят в состав ЦПМ и клеточной стенки.

Углеводы выполняют роль структурных компонентов, источника энергии, углерода, включают  моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Специфическими для прокариотов являются, например, N-ацетилглюкозамин (компонент клеточной стенки микробов), N-ацетилгалактозаминуроновая кислота (ее полимер образует vi-антиген возбудителя брюшного тифа), N-ацетилмурамовая кислота (компонент клеточной стенки ), тейхоевые кислоты ( характерны для грамположительных микробов).

Морфология бактерий.

Размеры бактерий определяют в микрометрах (мкм) (1мм=1000мкм, 1мкм=1000нм). Термин «бактерии» происходит от слова bacterion- палочка. Различают основные формы бактерий: палочковидная, шаровидная, спиралевидная, нитевидная. Палочковидные (цилиндрические) микроорганизмы отличаются по форме, величине в длину, форме концов, расположению в чистой культуре. Большинство бактерий имеют форму прямого цилиндра  (кишечная палочка, сальмонеллы, шигеллы). Слегка изогнутая форма у возбудителя холеры (вибрион), нитевидные и ветвящиеся формы имеют микобактерии (возбудители туберкулеза). Короткие палочки у возбудителей коклюша, туляремии, дизентерии, их бывает трудно отличить от кокков. Длинные палочки – возбудители сибирской язвы, столбняка. Встречаются диплобактерии (располагаются попарно), а стрептобактерии – цепочкой.

Микроорганизмы шаровидной формы называют кокками (kokkos-зерно). Такие бактерии имеют правильную сферическую форму или форму неправильного шара: ланцетовидная форма (пламя свечи) у пневмококков (возбудитель пневмонии), почковидная у гонококков (возбудитель гонореи). По расположению в чистой культуре бактерии  подразделяют на микрококки (отдельно лежащие кокки), диплококки (парные кокки), стрептококки (цепочки кокков), стафилококки ( имеющие вид виноградных гроздьев ), тетракокки ( образования из четырех кокков ), сарцины ( пакеты из 8 или 16 кокков).

Спиралевидные бактерии –  спириллы (spira-  завиток) имеют изгибы. К ним относят патогенные для человека Spirillum minor  и представителей р.  Campilobacter.

Нитевидную форму имеют актиномицеты.

Непатогенные микроорганизмы могут иметь самую разнообразную форму от кольца до шестиугольной звезды.

Ультраструктура бактериальной клетки.

Изучают ультраструктуру бактерий с помощью электронного микроскопа. Бактерии имеют поверхностные и внутренние структуры. К поверхностным структурам относят жгутики, ворсинки, пили, пили,  капсулы, клеточную стенку,   ЦПМ. Внутренне содержание бактериальной клетки: цитоплазма, нуклеоид (ядерная субстанция), рибосомы, мезосомы (мембранные образования), включения. У спорообразующих бактерий в цитоплазме споры.

Рис.1. Схематическое изображение поверхностных структур бактерий.1-цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), 2-клеточная стенка (КС), 3-микрокапсула, 4-макрокапсула, 5-слизистый слой

1

Рис.1. Схема строения клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий.

Жгутики – поверхностные белковые структуры для передвижения бактериальной клетки. Имеют жгутики многие грамположительные и грамотрицательные бактерии. При наличии одного жгутика на одном из полюсов – это монотрихи, у амфитрихов жгутики расположены на полюсах, у перитрихов –  на всей поверхности тела. Наличие или отсутствие жгутиков является стабильным диагностическим признаком. Прикрепляются жгутики с помощью базального тела к ЦПМ клетки. Передвигаются быстрее микробы с одним жгутиком.

Ворсинки (реснички, фимбрии, пили) являют собой полые нитевидные белковые образования. С помощью ворсинок первого типа бактерии прикрепляются в ЖКТ, и это облегчает им проявлять патогенные свойства. Ворсинки второго типа (пили) участвуют в процессе конъюгации (обмене генетической информации у бактерий).

Капсулу находят у многих бактерий. Слизистое образование различной толщины полисахаридной природы защищает бактериальную клетку от проникновения веществ, что проявляется в длительном патогенном действии микроба. Возбудители сибирской язвы, пневмококки образуют капсулу только в организме человека и животных, клебсиеллы способны к капсулообразованию как в организме человека, так и на питательных средах.

Клеточная стенка – основной структурный элемент бактериальной клетки, придает форму микроорганизмам. Микоплазмы и L-формы бактерий лишены ее. Основа клеточной стенки – пептидогликан ( муреин). Поочередно звенья N-ацетилглюкозамина и   N-ацетилмурамовой кислоты с определенными аминокислотами образуют перекрестные связи. У грамотрицательных бактерий пептиды в муреине перекрестно связаны друг с другом, а у грамположительных – через пептидный мостик. Антибиотик пенициллин ингибирует образование пептидных связей. Грамположительные бактерии имеют многослойный пептидогликан и тейхоевые кислоты, у грамотрицательных бактерий пептидогликан однослоен.

Деление бактерий на грамположительные и грамотрицательные основывается на различной окраске по методу Грама. Суть метода: готовят временный препарат из культуры микроорганизмов, высушивают, фиксируют, окрашивают кристаллическим фиолетовым и йодным раствором Люголя. Затем препарат обрабатывают спиртом и докрашивают фуксином. У грамположительных бактерий комплекс кристаллический фиолетовый-йод не вымывается спиртом за счет многослойности пептидогликана  и они окрашиваются в фиолетовый цвет, а грамотрицательные обесцвечиваются спиртом  и воспринимают фуксин, окрашиваясь в красный цвет.

Поверх пептидогликана у грамотрицательных бактерий находится наружная мембрана.

Рис.2 . Схематическое изображение мембранного комплекса бактерий


ЛПС – липополисахаридный слой, ВМ – внешняя мембрана, ПГ-пептидогликан, ПП –  периплазматическое пространство, ЦПМ – цитоплазматическая мембрана.

С ЛПС у грамотрицательных бактерий связаны патогенные, токсические, антигенные свойства. Если обработать бактериальную культуру некоторыми  веществами (атибиотиками), то бактерии могут преобразоваться в протопласты, сферопласты, L-формы бактерий. У протопластов и сферопластов отсутствует пептидогликан, следовательно, протопласты полностью лишены клеточной стенки, а сферопласты частично. Обе формы более чувствительны к внешним воздействиям, не способны к размножению. L-формы бактерий полностью или частично лишены клеточной стенки, не способны синтезировать ее предшественников, но сохранили функцию размножения. Получают L-формы с помощью препаратов пенициллинового ряда. Стабильные L-формы не способны вернуться к исходной морфологической форме, нестабильные реверсируют в исходный вид.

ЦПМ имеет типичное строение и  расположена под клеточной стенкой , ограничивая протопласт клетки. ЦПМ выполняет функции регуляции транспорта веществ, ионов, участвует в репликации ДНК, синтезе компонентов клеточной стенки, спорообразовании.Это место локализации ферментов окислительного фосфорилирования.

Цитоплазма заполняет полость клетки микроорганизма, содержит белки, ферменты, ДНК, РНК, органические и неорганические вещества, воду. В ней находятся органеллы – нуклеоид, рибосомы, мезосомы, включения, образуются споры у спорообразующих бактерий.

Мезосомы представляют собой производные ЦПМ, образуются путем ее инвагинации  в цитоплазму, развиты лучше у грамположительных       бактерий. Участвуют в делении клетки, спорообразовании, синтезе клеточной стенки, энергетическом метаболизме.

Нуклеоид бактерий не имеет оформленной оболочки, не содержит хромосом и гистонов, не делится митозом. В своем составе имеет ДНК, РНК, белки. Нуклеоидов может быть в клетке более четырех, все зависит от стадии деления.

Рибосомы выполняют белоксинтезирующую функцию клетки. В свободном виде рибосома состоит из двух субъединиц, каждая субъединица – из различного числа молекул р-РНК с различной константой седиментации. Знание строения и функций рибосом позволяет объяснить механизм антибактериального действия некоторых антибиотиков (стрептомицин) и механизм возникновения антибиотикоустойчивых форм бактерий.

Внутриплазматические включения бактериальной клетки могут быть продуктами обмена веществ (гранулы гликогена, крахмала, капли жира и т.д.) и запасом питательных веществ (зерна волютина дифтерийной палочки).

Споры. Спорообразование характерно для бактерий р. Bacillus, Clostridium, известны и спорообразующие кокки из р. Sporosarcina. Споры (эндоспоры) образуются внутри бактериальной клетки и представляют собой тельца округлой формы, имеют низкое содержание воды, повышенное содержание кальция и т.п., устойчивы к действию факторов внешней среды за счет многослойности оболочки. Спорообразование у бактерий не является способом размножения (так как во всех случаях бактериальная клетка образует только одну спору), а служит для сохранения вида. У бацилл спора не превышает в диаметре поперечника бактерий, а у клостридий спора больше поперечного размера бактерий и может располагаться как в центре, так и на концах бактерий. Процесс спорообразования идет значительно медленнее, чем прорастание споры в вегетативную клетку.

1.3. Другие группы прокариотов

Спирохеты объединены в порядок Spirochaetales. Среди них много свободноживущих форм, комменсалов, паразитических форм. Патогенные для человека представители относятся к р. Treponema, Borrelia, Leptospira. Спирохеты имеют вид тонких спирально извитых клеток, форма и количество завитков является диагностическим признаком и индивидуально для каждого рода спирохет. В неблагоприятных условиях спирохеты способны к спорообразованию, активно передвигаются. В своей структуре они имеют нуклеоид, ЦПМ, клеточную стенку, фибриллярный аппарат, рибосомы, мезосомы, включения. Некоторые виды спирохет имеют наружный слизистый слой.

Таблица 3.

Морфологические признаки спирохет

Род Число и характер завитков Характер движения Окраска по Романовскому-Гимза
Borrelia 3-10, крупные неравномерные Толчкообразное, сгибательно-поступательное Сине-фиолетовый
Treponema 8-12, мелкие, равномерные Плавное, сгибательно-поступательное Бледно-розовое
Leptospira Многочисленные первичные завитки, вторичные завитки в виде буквы S Очень активное, вращательно-поступательное Розово-сиреневое

Актиномицеты – лучистые грибы, включены в порядок Actinomycetalis. Большинство из них свободноживущие микроорганизмы окружающей среды, для медицины интерес представляют немногочисленные патогенные виды, вызывающие актиномикоз и нокардиоз. По своей структуре актиномицеты идентичны бактериям. Отличительной особенностью их является ветвящаяся форма клеток, которая напоминает мицелий грибов либо длинные (короткие) нити, а также способность образовывать друзы – скопления измененного мицелия. Строение пептидогликана у различных актиномицетов отлично. Представители сем. Actinomycetaceae способны  истинно ветвиться, не образуют воздушного мицелия и спор. К этому семейству относятся возбудители актиномикоза человека. Представители сем. Nocardiaceae по своим признакам близки к микобактериям, способны к образованию длинных нитевидных клеток, субстратного и воздушного мицелия, иногда – пигмента. Патогенные виды вызывают нокардиоз. Представители сем. Streptomycetaceae интересны как продуценты антибиотиков, а у человека  вызывают мицетомы кожи. Образуют споры, которыми и размножаются. Морфологию изучают с помощью электронного микроскопа и метода фазово-контрастной микроскопии.

Риккетсии – это грамотрицательные полиморфные прокариоты, не способные расти на питательных средах. Объединены  риккетсии в порядок Rickettsiales. Большинство  из них – обитатели членистоногих, патогенные виды вызывают у человека различные риккетсиозы. Морфологию изучают с помощью светового микроскопа и метода фазово-контрастной микроскопии.

Риккетсии не образуют спор, не имеют жгутиков. По ультраструктуре сходны с грамотрицательными бактериями. Пенициллин не подавляет биосинтеза клеточной стенки риккетсий вследствие особенностей ее строения.

Хламидии по морфологии – мелкие, неподвижные, без капсульные грамотрицательные бактерии. Относятся к роду Chlamidia. Различают две жизненные формы хламидий: вне клеток хозяина существуют в виде элементарных телец  сферической формы, внутри клеток превращаются в ретикулярные тельца, способные к делению.  В результате деления в клетке формируются микроколонии хламидий , содержащие промежуточные формы их развития. Выявить хламидии можно с помощью электронной микросколпии и при окраске мазков по Романовскому-Гимзе.

Mycoplasma u Ureoplasma два рода, в которые выделены бактерии без клеточной стенки, имеют мембрану и капсулоподобный наружный слой. Микоплазмы неподвижны, не образуют спор. Отличаются между собой по биохимической активности. Морфологически – это мелкие сферические или овоидные клетки, а также встречаются крупные шаровидные и нитевидные формы. Имеются патогенные для человека виды.

Таблица 4.

Сравнительная характеристика риккетсий, хламидий, микоплазм

Признак Риккетсии Хламидии Микоплазмы
Размеры 0,5-4 мкм, полиморфны (кокковидная, палочковидная, нитевидная) 0,25-1 мкм, шаровидные, овоидные, палочковидные 0,2-0,3 мкм, круглые, овальные, нитевидные.
Особенности строения КС по типу грациликутный. Не имеют макрокапсулы, жгутиков. Неподвижны. Не образуют спор. КС по типу грациликутных. Нет петидогликана, макрокапсулы, жгутиков, неподвижны, не образуют спор. Лишены клеточной стенки. Имеют выраженный S слой. Не имеют макрокапсулы и жгутиков. Не образуют спор. Подвижны за счет внешнего цитоскелета.
Окраска По методу Здродовского Романовского-Гимзы (микроколонии внутри клеток)
Методы  обнаружения Световая, фазово-контрастная, люминесцентная, электронная микроскопия Световая, фазово-контрастная, люминесцентная (для выявления микроколоний), электронная микроскопия электронная микроскопия

Морфология и физиология грибов

Грибы – группа микроорганизмов, относятся к доминиону Eukaria царство Mikota. Классификация внутри царства основана на морфологии, способности размножения, физиологических признаках и т.п. Клетка грибов имеет ультраструктуру, характерную для эуакариот. Размножаются бесполо.  Совершенные грибы размножаются половым путем. Представители одного вида в телеоморфной (половой) и анаморфной (бесполой) фазах развития могут существенно отличаться по экологии, морфологии, способности вызывать заболевания. Грибы подразделяют на плесневые (нитевидные) и дрожжи.

Плесневые грибы. Морфология.

Вегетативное тело плесневого гриба – гифа, имеет нитевидную форму, может достигать нескольких метров. У высших грибов гифа разделена мембранными перегородками (септами),  у низших – нет. Гифы ветвятся в процессе развития, образуя мицелий. Мицелий бывает субстратный, погруженный в питательный субстрат, воздушный. Размножаются плесневые грибы спорами. Споры разных видов отличаются друг от друга. Многие виды образуют спороносные (репродуктивные) гифы, их строение – важный таксономический признак. Совершенные грибы в ходе полового размножения образуют половые споры, распологающиеся в асках, базидиях (специальные образования).

Морфология дрожжеподобных грибов.

Дрожжи и дрожжеподобные грибы – это одноклеточные организмы. Клетки имеют овальную, шаровидную, удлиненную форму и крупные размеры. Размножаются бесполым путем (почкованием). Не отделившись от материнской, дочерние клетки образуют псевдогифы, формируют псевдомицелий. Это называется филаментацией, является важным таксономическим признаком. Диморфизм характерен для патогенных грибов, которые могут существовать как в форме плесени (образовывать гифы и мицелий), так и в одноклеточной форме. Все зависит от условий окружающей среды. Многие виды грибов неприхотливы, растут на питательных средах.

Отличительные черты строения плесневых грибов        Таблица 5.

Род Мицелий Вегетативные споры
вегетативный репродуктивный тип расположение
Mucor несепетирован Спорангиеносец неспетирован эндоспора спорангии
Aspergillus септирован Конидиеносец неспетирован Экзоспроы (конидии) Свободно на концах ответвлений репродуктиных гиф в виде «лейки»
Pinicillium септирован Конидиеносец септирован Экзоспроы (конидии) Свободно на концах ответвлений репродуктиных гиф в виде «лейки»

 

Глава 2.Физиология микроорганизмов (бактерий)

2.1. Метаболизм бактерий

Физиологические и биохимические особенности микроорганизмов положены в основу их систематики, что позволяет изучить механизмы их патогенного действия. Ассимиляция и диссимиляция – противоположные процессы. В первом случае вещества образуются, во втором – разрушаются, эти процессы тесно связаны между собой. Метаболизм микроорганизмов представляет собой совокупность этих процессов, характеризуется  разнообразием.

По типу питания, способу усваивать разнообразные источники углерода различают микроорганизмы автотрофы, которые синтезируют все углеродсодержащие компоненты из СО2; гетеротрофы – они используют разнообразные органические углеродсодержащие соединения (глюкоза, многоатомные спирты). В зависимости от субстарата, на котором развиваются микроорганизмы, различают сапрофитные бактерии, они питаются мертвым органическим веществом – бактериями гниения, молочно-кислыми бактериями. Бактерии – паразиты развиваются только в живом организме – хозяине ( гонококк, менингококк и т.д.). Миксотрофные организмы способны и к паразитическом и сапрофитному образу жизни ( риккетсии).

Автотрофные бактерии используют неорганические соединения углерода, например, СО2 для синтеза собственных органических веществ. В качестве источника энергии используют свет (фотоавтотрофы: цианобактерии, пурпурные бактерии, зеленые бактерии) или химическую энергию окисления неорганических веществ (хемоавтотрофы: серобактерии, нитрифицирующие бактерии, железобактерии, водородные бактерии).

Фототрофы (фотосинтезирующие микроорганизмы) используют солнечную энергию. К ним относят сапрофиты. Хемотрофы (хемосинтезирующие) применяют энергию окислительно-восстановительных реакций. Прототрофы способны синтезировать необходимые органически соединения из глюкозы и солей аммония. Ауксотрофы не способны синтезировать углеводы, аминокислоты и т.п. из глюкозы и солей аммония, они ассимилируют их в готовом виде из окружающей среды. Условно-патогенные и патогенные  микроорганизмы чаще всего являются ауксотрофами.

Потребность в факторах роста – это один из стабильных диагностических признаков, который используют для дифференцировки и идентификации бактерий, лабораторных и биотехнологических целях. Микроорганизмы нуждаются в аминокислотах : стрептококки – в лейцине, аргинине; клостридии – в тирозине и лейцине. Пуриновые и примидиновые основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин) нужны стафилококкам и стрептоккокам, липиды – микоплазмам и стрептококкам. Многие бактерии аукстрофны по определенным витаминам. Так, шигеллы нуждаются в никотиновой кислоте, а пневмококки – в тиамине (В1) и т.д.

2.2.Транспорт веществ в бактериальную клетку

Поступление веществ осуществляется:

  1. Пассивной диффузией – протекает без затрат энергии по градиенту концентрации (так поступают вода, газы),
  2. Облегченной диффузией – не требует затрат энергии, но протекает при участии мембранных белков – транслоказ – переносчиков,
  3. Активным транспортом – происходит при затрате энергии, против градиента концентрации, при участи специальных белков – пермеаз и мембранных белков – транслоказ, например, глюкоза.

 

Из бактериальной клетки соединения выходят тремя путями:

  1. Фосфотрансферазная реакция, которая протекает при фосфорелировании переносимой молекулы.
  2. Контрасляционная  секреция  – синтезированный белок имеет на конце определенную последовательность аминокислот, которая прикрепляется к мембране и формирует канал для выхода в окружающую среду. Так выходят токсины столбняка, ботулизма, дифтерии.
  3. Почкообразование мембраны – мембранный пузырек окружают образовавшиеся в клетке молекулы, а затем отшнуровывается в окружающую среду.

 

Микроорганизмы синтезируют разнообразные ферменты, принадлежащие к шести различным классам, что определяется геномом микроба и является стабильным признаком, применяемым при их идентификации. Экзоферменты расщепляют макромолекулы окружающей среды на более простые для последующего транспорта в микробную клетку. Внутриклеточные ферменты составляют мультиферментные комплексы, обеспечивающие процессы жизнедеятельности бактериальной клетки. Конститутивные ферменты (ферменты гликолиза) постоянно синтезируются в бактериальной клетке. Индуцибельные ферменты находятся в клетке в следовых концентрация, а при наличии субстрата синтезируются в необходимом количестве (ферменты транспорта и катаболизма лактозы).

2.3.Пластический метаболизм, биосинтез углеводов, аминокислот, липидов.

Синтез исходных продуктов происходит в цитоплазме бактериальной клетки с последующим переносом на наружные поверхности цитоплазматической мембраны, для использования в строительных целях (капсула, клеточная стенка и т.д.) при участи фермента.

2.3.1.Энергетический метаболизм (биологическое окисление).

Потребность в энергии бактериальная клетка удовлетворяет за счет биологического окисления, в результате которого синтезируются молекулы АТФ. Аэробы нуждаются для этих целей в свободном кислороде. Анаэробы получают энергию без кислорода путем ускоренного неполного расщепления питательных веществ. Облигатные анаэробы не переносят даже следов кислорода. Факультативные анаэробные размножаются как в присутствии кислорода, так и без него.

А. Получение энергии путем субстратного фосфорелирования. Для получения энергии микроорганизмы расщепляют гексозы (глюкозу) тремя путями:

1. Гликолитический путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса. В процессе гликолиза расходуются 2, а синтезируются 4 молекулы АТФ и 2 молекулы НАД х Н2 . Брожение  – это способ получения энергии в анаэробных условиях в  результате окислительно-восстановительных реакций.  По конечному продукту различают следующие типы брожения:

  • Молочно-кислое – его вызывают бактерии рода Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium и т.д., конечный продукт – молочная кислота. Дополнительно могут образовываться спирт, ацетон.
  • Муравьино-кислое брожение – его вызывают представители семейства Enterobacteriaceae, конечный продукт муравьиная кислота,  а также молочная, уксусная и другие. Это смешанный тип брожения.
  • · Маслянокислое брожение – Clostridium. Основной продукт брожения – масляная кислота, еще может быть уксусная, CO2 и молекулярный водород, а также спирт (этанол, бутанол, ацетон), уксусная и молочная кислоты, NH3, H2.

 

2. Фосфоглюконатный (гексозомонофосфатный (ГМФ) путь). Характерен для большинства микроорганизмов, основная задача при этом – подготовка метаболитов для биосинтеза нуклеиновых кислот, идентичное высшим организмам.

3. Кетодозоксифосфоглюконатный (КДФГ) путь Этнера – Дудорова. В основном характерен для аэробных микроорганизмов, при расщеплении глюкозы образуется по 1 молекуле АТФ, НАД х Н2, НАДФ х Н2.

Но, при субстратном фосфорилировании из глюкозы и других источников углерода бактерии получают не значительную часть энергии.

Б. Получение энергии путем оксилительного фосфорилирования.

Пировиноградная кислота окисляется полиферментным комплексом до ацетил – КоА и включается в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК). У всех аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов дыхательная цепь локализована в цитоплазматической мембране. Процесс переноса электронов способствует запасу АТФ на отдельных участках дыхательной цепи.

2.4. Рост и размножение микроорганизмов

Рост микроорганизмов обеспечивает увеличение массы клетки. Размножение – увеличение численности популяции. Размножение бактерий идет поперечным делением, почкованием, редко – спорами.

Редупликация ДНК у бактерий идет полуконсервативным способом, что означает в процессе наличие одной материнской, а другой дочерней цепи ДНК. Спирохеты и риккетсии размножаются бинарным делением. Актиномицеты – фрагментацией. Хламидии при размножении проходят определенный цикл развития: элементарное тельце хламидий должно попасть в чувствительную клетку (эндоцитоз), превратиться в вегетативную форму (инициальное или ретикулярное тельце, способное к делению); после нескольких делений они превращаются в промежуточные формы, которые дают новое поколение элементарных телец.

Характер размножения микоплазм определяет их полиморфизм. Репродуцирующая единица микоплазм – элементарные тела сферической или овоидной формы, на теле которых в определенное время появляются несколько нитевидных выростов. Затем в нитях формируются сферические тела, при последующей фрагментации они высвобождаются. Возможно также размножение путем сегментации нитей с отпочковыванием конечного ее фрагмента и поперечным делением. Важно, что все морфологические элементы микоплазм способны размножаться.

Пигменты микроорганизмов синтезируются в процессе жизнедеятельности, что генетически детерминировано.

Таблица 6.

Пигменты микроорганизмов

Пигмент Цвет Микроорганизм
Каротиноиды Красный, оранжевый, желтый Микобактерии, сарцины, актиномицеты (защищает от ультрафиолета)
Хиноновые Желтые Микобактерии туберкулеза
Меланиновые Черные, коричневые бактериоиды
Пирроловые Ярко-красные Serratia marcescens, актиномицеты
Фенозиновые Сине-зеленые, при этом может меняться Синегнойная палочка

 

Фазы размножения бактерий

При высокой скорости размножения бактерии в жидкой питательной среде дают равномерное помутнение питательной среды, либо придонный рост (осадок) или рост в виде пленки на поверхности среды.

На поверхности плотных питательных сред микроорганизмы образуют скопление клеток – колонии. Характер колоний индивидуален для определенных микроорганизмов и способен изменяться в зависимости от среды. Основными характеристиками колоний являются: высота колонии над поверхностью среды, особенности края, поверхности, консистенции, окраски, прозрачности и др.  Колонии могут быть плоскими, выпуклыми, куполообразными, приподнятыми, иметь выступающий центр или вогнутую середину. Края колоний бывают ровные, изрезанные, зазубренные, волнистые, фестончатые и т.п. По консистенции колонии бывают маслянистые, вязкие, крошащиеся. По внутренней структуре – прозрачные, непрозрачные, гомогенные, зернистые, волокнистые, а у пигментообразующих бактерий колонии окрашиваются в соответствующий цвет.

Рис.3. Виды колоний бактерий


Время генерации бактерий зависит от условий окружающей среды. В оптимальных условиях оно невелико – для кишечной палочки это составляет 20 минут.

Динамика развития бактериальной популяции следующая:

1.Исходная (стационарная) фаза

2.Фаза задержки размножения (лаг-фаза)

3.Логарифмическая фаза (экспоненциальная)

4.Фаза отрицательного ускорения

5.Стационарная фаза максимума

6.Фаза ускорения гибели

7.Фаза логарифмической гибели

8.Фаза уменьшения скорости отмирания.

При развитии популяции микроорганизмов выделяют два основных процесса – размножение и отмирание клеток. Для лаг-фазы характерен только рост клеток, логарифмическая фаза характеризуется максимальной скоростью размножения клеток, в фазе отрицательного ускорения удлиняется период генерации. В стационарной фазе наступает равновесие между клетками в покое, погибающими и вновь образующимися, а фазы гибели клеток заканчиваются уменьшением скорости отмирания клеток.

2.5. Культивирование микроорганизмов

В ходе эволюции бактерии освоили различные экологические ниши, приспособились к соответствующим условиям окружающей среды. Создание специальных условий для культивирования (выращивания микробов) необходимо для изучения их свойств, диагностики вызываемых ими заболеваний.

Культивирование бактерий лежит в основе бактериологического метода диагностики. Питательные среды применяют для культивирования микроорганизмов в лабораторных и промышленных условиях. Питательная среда должна отвечать требованиям:

  • Содержать необходимые для роста и размножения бактерий вещества в легкоусвояемой форме.
  • Иметь оптимальные для бактерий физико-химические свойства (рН, влажность, температура и т.д.)

 

Компоненты питательных сред. Азот, углерод, водород и кислород необходимы микроорганизмам для построения органических компонентов. Снабжение водородом и кислородом идет за счет воды. Источником углерода у гететрофов являются сахара, многоатомные спирты, органические кислоты. Источником азота могут служить неорганические соединения – соли аммония, олигопептиды и аминокислоты. Так как  в состав микроорганизмов входят и минеральные соединения, питательная среда должна содержать неорганические вещества: соединения хлора, фосфора, серы, натрия, калия, кальция, магния и другие; микроэлементы – железо, медь, марганец. Для ауксотрофом необходимо присутствие факторов роста (аминокислоты, азотистые основания, витамины), а также вода, как основной растворитель.

По происхождению питательные среды различают :

  • Синтетические – содержат в точных дозировках химически чистые соединения
  • Полусинтетичские – наряду с химически чистыми соединениями в состав входят переработанные натуральные компоненты (гидролизаты мяса, дрожжевые экстракты и т.п.)
  • Натуральные питательные среды – это неизмененные нативные компоненты (сыворотка крови, яичный желток и т.п.).

 

По консистенции питательные среды могут быть жидкими, полужидкими (0,3-0,7% агара) и твердыми (2% агара). Преимущество плотной питательной среды – возможность получения чистой культуры микроорганизма.

По целевому назначению питательные среды бывают:

  • Основными (применимы для многих микроорганизмов)
  • Элективными (избирательное накопление бактерий)
  • Дифференциально-диагностическими (дифференциация микробов)

Часто используемые питательные среды             Таблица 7.

Тип среды Жидкая Плотная
Основная универсальная МПБ МПА
Сложная: 

– специального назначения

Сахарный бульон, сывороточный бульон Сахарный агар, сывороточный агар
– обогащения Асцит-бульон Кровяной агар
– селективная Щелочная питательная вода, желчный бульон, среды с антибиотиками Солевой агар, желточно-солевой агар
– накопительные Селенитовый бульон, СКС (полужидкая среда для контроля стерильности) нет
– дифференциально-диагностическая Среды Гисса Агры Эндо, Левина, Олькеницкого, Расселя, Клиглера и т.д.
Транспортная  и консервирующая Полужидкий агар с активированным углем Amies, глюкозо-дрожжевая среда, СКС и др. нет
Среды для хранения культур Глицерин (для хранения при -200С) Плотная среда Дорсе и другие

 

Выделение чистой культуры бактерий

Материал от больного содержит, как правило, смесь различных микроорганизмов, поэтому выделение чистой культуры (ЧК) является этапом бактериологического исследования. Чистой культурой называют популяцию бактерий одного вида, выращенной на питательной среде из изолированной колонии. Многие бактерии подразделяют на биологические варианты – биовары, хемовары, серовары, фаговары. Колония – видимое сообщество микробов одного вида, образуется в результате размножения одной бактериальной клетки на плотной питательной среде.

Этапы выделения чистой культуры:

– получение изолированных колоний бактерий из материала больного  (других источников);

– накопление чистой культуры путем пересева на элективные  (селективные) питательные среды;

– идентификация чистой культуры.

Можно применять методы механического разобщения микроорганизмов (серийных разведений в жидкой питательной среде – метод Пастера, пластинчатых разведений – Коха, рассев на поверхность плотной питательной среды – Дригальского и т.д.), а также методы с использованием биологических особенностей микроорганизмов – подвижности, термоустойчивости, способ дыхания и т.д.

Культивирование анаэробов, в отличие от аэробов и факультативных анаэробов, требует создания анаэробных условий  путем удаления кислорода из питательной среды и снижение редокс – потенциала.

Идентификация – определение (установление) видовой принадлежности микроорганизмов. Осуществляют по совокупности основных признаков вида. Согласно международной таксономии бактерий (Bergeys Manual of Systematic Bacteriology) основные видовые признаки бактерий – это морфология, тинкториальные свойства, культуральные и биохимические  признаки. Дополнительные признаки идентификации : наличие видоспецифичесчких антигенов, чувствительность к видоспецифических бактериофагам, видовая резистентность к антимикробным препаратам, факторы вирулентности ( для патогенных микроорганизмов).

Кроме бактериологического метода диагностики бактериальных инфекций, применяют бактериоскопию – изучение морфологии возбудителя в нативном или окрашенном препарате, биологический метод – заражение чувствительных животных культурой больного для накопления или идентификации, серологический – антигенная идентификация возбудителя, молекулярно – генетический – обнаружение генома возбудителя в биологическом материале с использованием ПЦР ( полимеразной цепной реакции ) или метода гибридизации ДНК (РНК).

Схема выделения чистой культуры микроорганизмов


Глава 3. Общая вирусология

Вирусы – (лат.virus – яд) не имеют клеточного строения. Вирусы –  внутриклеточные паразиты, вне клетки не проявляют свойств живого. Они не потребляют пищи, не вырабатывают энергии, не растут, у них нет обмена веществ. От неживой материи вирусы отличаются способностью воспроизводить себе подобные формы, и обладают наследственностью и изменчивостью.

Вирусы существуют в двух качественно разных формах: внеклеточной – вирион и внутриклеточной – вирус.

3.1.Морфология, химический состав вирусов

Просто организованные вирусы представляют собой нуклеопротеиды (нуклеокапсиды) и состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белков, формирующих оболочку вируса – капсид. Пикорнавирусы и парвовирусы относят к просто устроенным. Сложные вирусы содержат дополнительные оболочки (белковые или липопротеидные) и имеют сложный химический состав.

Рис4.    Просто устроенные вирусы (без оболочки)


Рис. 5.  Сложно устроенные вирусы (с оболочкой)


Морфологической субъединицей капсида является капсомер. Белковые субъединицы вируса могут содержать одну или несколько молекул. Существует два типа строения капсидов вирионов: 1.Капсомеры ассоциированы с геномом и образуют спиралевидную (винтовую) структуру, такой тип симметрии называют спиральным. Его имеют вирус табачной мозаики, парамиксовирусы, ортомиксовирусы; 2.Капсомеры образуют полое изометрическое тело, в центре которого находится геном; такой тип укладки называют кубический. Тело таких вирусов симметрическое в трех взаимно перпендикулярных направлениях; вирус полиомиелита представляет икосаэдр и состоит из 60 капсомеров. Отсутствие постоянной симметрии характерно для  вирусов больших размеров, например бактериофагов.

Нуклеиновые кислоты. Клетки всех живых организмов содержат два вида нуклеиновой кислоты – ДНК и РНК. ДНК представляет собой двунитчатую молекулу, а РНК – однонитчатую. РНК представлена тремя классами молекул: иРНК, рРНК, тРНК. В отличие от клеток, вирусы содержат только один вид нуклеиновой кислоты – либо РНК, либо ДНК.И та и другая выполняют функцию генома. Вирусные НК характеризуются поразительным разнообразием форм. Вирусный геном может быть представлен как однонитчатыми, так и двунитчатыми молекулами РНК и ДНК. ДНК может быть линейной и кольцевой, а РНК – непрерывной, фрагментированной, кольцевой.

Рис6. Типы молекул вирусных ДНК и РНК


ДНК: 1-парвовирусы, 2-фаг Х174, 3- аденовирусы, 4- фаг Т5, 6- паповирусы, 7- вирус гепатита В; РНК: 1- пикорнавирусы, тогавирусы, парамиксовирусы, рабдовирусы,  2- ортомиксовирусы, 3- буньявирусы, 4- реовирусы, 5- ретровирусы.

Белки. В зараженной клетке вирусный геном кодирует синтез структурных и неструктурных белков. Структурные белки нужны вирусным частицам потомства, неструктурные обслуживают процесс внутриклеточной репродукции вируса. Структурные белки бывают капсидные и суперкапсидные.

Белки просто и сложно устроенных вирусов    Таблица 8.

Белки просто устроенных вирусов
Структурные 

  • капсидные
  • геномные
Неструктурные 

  • предшественники структурных
  • полимеразы
  • ферменты, модифицирующие белки
  • функции не идентифицированы

 

Белки сложно устроенных вирусов
структурные неструктурные
В составе капсида 

  • капсидные
  • геномные
  • полимеразы
В составе суперкапсида 

  • прикрепительные
  • белки слияния
  • ферменты, модифицирующие белки
  • предшественники структурных
  • полимеразы
  • регуляторы синтеза РНК, ДНК
  • функции не идентифицированы

 

Липиды обнаружены у сложно организованных вирусов, входят в состав суперкапсидов.

Углеводы. Гликопротеиды вирусов включают углеводный компонент, который определяется, подобно липидам, клеткой-хозяином.

Ферменты вирусов подразделяют на вирионные и вирусиндуцированные. Вирионные – это ферменты транскрипции и репликации (ДНК и РНК-полимеразы). Обнаружены у многих вирусов: обратная транскриптаза ретровирусов, эндонуклеаза и экзонуклуаза, нейраминидаза, АТФ-аза и др. Структура вирусиндуцированных ферментов закодирована в вирусном геноме, это относится к РНК-полимеразе пикорна-, орто-, парамиксовирусам, ДНК-полимеразе герпес и поксвирусов.

3.2.Устойчивость вирусов к окружающей среде

Устойчивость вирусов к воздействию факторов внешней среды неодинакова. Менее устойчивы вирусы с липопротеидными оболочками, наиболее устойчивы – изометрические вирусы. Так, ортомиксовирусы и парамиксовирусы инактивируются на поверхностях в течение нескольких часов, тогда как вирус полиомиелита, аденовирусы и реовирусы сохраняют инфицирующую активность в течение нескольких дней.Однако, есть исключения: вирус гепатита В сохраняет свою активность в сыворотке даже при кратковременном кипячении, вирус оспы устойчив к высыханию и сохраняется в экстрактах в течение многих месяцев. Вирусы, имеющие липопротениновую оболочку, чувствительны к эфиру, хлороформу, детергентам; просто устроенные вирусы устойчивы к их действию.

3.3. Классификация вирусов

Современная классификация вирусов является универсальной для вирусов простейших, беспозвоночных, позвоночных, растений. В основу класификации положены следующие основные критерии:

  • Тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК)
  • Наличие липопротеидной оболочки
  • Вирусный геном
  • Размер, морфология вириона, тип симметрии, число капсомеров
  • Генетические взаимодействия
  • Восприимчивые хозяева
  • Патогенность
  • Географическое распространение
  • Способ передачи
  • Антигенная характеристика.

На основании перечисленныех признаков вирусы делятся на семейства, подсемейства, роды, типы. Современная классификация вирусов человека и дивотных охватывает более 4/5 всех известных вирусов, которые распределены в 19 семейств, из них 7 – ДНК-содержащие вирусы. Для наименования вирусов  существуют следующие правила: название семейств оканчивается на «viridae», подсемейства на  «virinae», рода –  «virus».

Рис.7.    Классификация и морфология вирусов


3.4. Морфогенез вирусов

Репродукция вирусов включает две следующие друг за другом  фазы. Первая фаза заключается в адсорбции и проникновении вируса в клетку, модификации вируса до способности вызвать инфекцию. Три стадии первой фазы:

  • Адсорбция вируса на клетках
  • Проникновение в клетки
  • Раздевание вируса в клетке.

Эти стадии направлены на то, чтобы вирус был доставлен в соответствующие клеточные структуры, и его внутренний компонент был освобожден от защитных оболочек. Как только эта цель достигнута, начинается вторая фаза репродукции, в течение которой происходит экспрессия вирусного генома. Эта фаза включает в себя стадии:

  • Транскрипции
  • Трансляции информационной РНК
  • Репликации генома
  • Сборки вирусных частиц.

Выход вирусных частиц из клетки происходит путем «взрыва» или почкования. Взрыв связан с деструкцией клетки, а при почковании клетка может длительное время сохранять жизнеспособность и продуцировать вирусное потомство, пока не произойдет полное ее истощение.

Таким образом., проникнув в клетку, вирус изменяет в ней обмен веществ, направляет всю ее деятельность на производство вирусной НК и вирусных белков. Внутри клетки-хозяина происходит самостоятельная сборка вирусных частиц из синтезированных молекул НК и белков. В конечном итоге клетка гибнет, и вирусы выходят из клетки-хозяина.

3.5.Генетика вирусов

Вирусы являются излюбленным объектом молекулярной генетики благодаря простому строению и малой молекулярной массе геномов. Число генов у вирусов варьирует. Геном вирусов животных гаплоиден, за исключением ретровирусов – у них он диплоиден, представлен двумя идентичными молекулами ДНК. Геном  вирусов имеет мозаичную структуру, представлен чередованием информативных и неинформативных последовательностей.

Некоторые вирусные иРНК могут направлять синтез двух белков.

У многих вирусов масса синтезирующихся белков превышает теоретически рассчитанную. Этот феномен объясняется наличием у вирусов специальных механизмов получения генетической информации при максимальной экономии генетического материала. Способами увеличения генетической информации являются:

  • двукратное считывание одной и той же иРНК, но с другого иницирующего кодона
  • сдвиг рамки трансляции
  • сплайсинг
  • транскрипция с перекрывающихся частей ДНК и др.

Основные процессы, контролирующие наследственность и изменчивость вирусов:

1. Модификации. Модификациями называют фенотипические (ненаследуемые) изменения у вирусов, обусловленные клеткой-хозяином. Они лежат в основе адаптации вируса к новому хозяину.

2. Мутации. В основе изменчивости вирусов лежат мутации –  изменения состава и последовательности нуклеотидов вирусного генома, приводят к появлению новых свойств. Мутации происходят у всех вирусов,  могут быть летальными, условно-летальными, не изменять жизнеспособности вирусов. Прямые мутации меняют фенотип, а обратные (реверсии) восстанавливают фенотип вируса. Мутации вирусов носят случайный характер

3.6. Взаимодействие между вирусами

При смешанных вирусных инфекциях (заражение несколькими вирусами) имеют место различные формы взаимодействия вирусов. При взаимодействии вирусных генов  возможна:

1. Множественная реактивация. Заключается в том, что вирионы с поражением разных генов кооперируются, между ними происходит генетическая рекомбинация, в результате репродуцируется исходный неповрежденный вирус, который способен вызвать инфекцию.

2. Рекомбинация – обмен генетическим материалом между родительскими формами вирусов, при этом появляется вирусное потомство со свойствами родителей.

3.Пересортировка генов. Это вариант рекомбинации, происходит между вирусами с сегментированным геномом.

4.Перекрестная реактивация – кросс реактивация, происходит при скрещивании вируса с поврежденным геномом и интактным. При смешанной инфекции такими вирусами возможна рекомбинация участков генома с появлением вирусного штамма, обладающего признаками обоих родителей.

5.Гетерозиготность – при совместном культивировании  двух штаммов вируса может происходить формирование вирионов, содержащих полностью или частично геном второго вируса.

6.Комплементация – дополнение, партнеры стимулируют репродукцию друг друга.

7.Фенотипическое смешивание происходит при совместном культивировании двух вирусов, при этом геном одного вируса бывает заключен в капсид другого вируса полностью или частично.

3.7. Методы культивирования вирусов

Для культивирования вирусов  используют культуры клеток, куриные эмбрионы и чувствительных лабораторных животных. Эти же методы применимы и для культивирования риккетсий, хламидий – внутриклеточных бактерий, которые не растут на искусственных питательных средах. Культуры клеток представляют собой соматические или эмбриональные клетки животных или человека, культивируемых в лабораторных условиях. Клеточные культуры отличаются по источнику получения, способности к размножению in vitro и кариотипу. Их подразделяют на первичные, полуперевиваемые и перевиваемые. Первичные (неперевиваемые) культуры не способны размножаться in vitro, используются однократно. Полуперевиваемые культуры клеток представляют собой диплоидные клетки человека способные  выдержать 50 пассажей. Перевиваемые культуры злокачественных или нормальных клеток длительно размножаются in vitro, сохраняются длительно. О репродукции вирусов в культуре клеток судят по их цитопатическому действию (ЦПД), учет проводят микроскопически.

 

3.8.Бактериофаги (вирусы бактерий)

Бактериофаги – инфекционные агенты, лизирующие бактерии.

Структура. Форма бактериофагов сперматозоидная. Состоят из головки, в ней находится нуклеиновая кислота, и отростка.

Морфологическая классификация бактериофагов:

1 тип – нитевидные ДНК-содержащие фаги, лизируют бактерии, имеющие F-плазмиды;

2 тип – фаги с аналогом отростка, мелкие РНК-содержащие фаги;

3 тип – фаги с коротким отростком (Т3,Т7);

4 тип – фаги с несокращающимся чехлом отростка и двунитевой ДНК (Т1,Т5 и др.);

5 тип – ДНК-содержащие фаги с сокращающимся чехлом отростка, заканчивающимся базальной пластинкой (Т2, Т4, Т6).

Т-фаги (типовые) наиболее изучены. Самая сложная структура у Т2.Он состоит из головки гексагональной формы и отростка, который образован полым стержнем. Снаружи стержень покрыт сокращающимся чехлом. На дистальном конце имеется базальная пластинка, в углах которой располагаются зубцы. От зубцов отходят нити. Нити и базальная пластинка осуществляют адсорбцию фага на бактериальной клетке.

Химический состав. Нуклеиновые кислоты, белок. Большинство фагов содержат ДНК. Могут содержать необычные азотистые основания, лизоцим.

Антигены. Бактериофаги могут содержать типоспецифические и группоспецифические антигены, при парентеральном введении на которые образуются антитела.

Резистентность. Фаги достаточно устойчивы к факторам внешней среды. Инактивируются при температуре +65-70 оС, хорошо переносят замораживание, длительно сохраняются при низких температурах и высушивании. Чувствительны к 1% раствору формалина.

 

3.8.1.Взаимодействие с бактериальной клеткой

Стадии взаимодействия:

А. Адсорбция. Произойдет при условии соответствия рецепторов клетки и рецепторов бактериофага. На бактериях без клеточной стенки (протопласты) фаги не адсорбируются.

Б. Проникновение осуществляется инъекцией нуклеиновой кислоты фага через канал отростка.

В. Репликация фаговой НК и синтез фагоспецифических ферментов транскрипции и репликации идентичен вирусам.

Г.Выход зрелых фагов из клетки происходит путем «взрыва» при последующем лизисе бактерий, возможно также проникновением через ЦПМ бактерий без повреждения стенки.

Рис.8.Морфологические особенности бактериофагов

Лизогения. Вирулентные фаги вызывают гибель (лизис) бактериальной клетки. Умеренные фаги при взаимодействии с клеткой хозяина встраивают свою НК в бактериалъный геном. Профаг – неинфекционная форма, состояние ассоциации фаговой НК с геномом хозяина.

Бактериальная клетка, содержащая профаг, называется лизогенной, а явление – лизогенией. При облучении УФ лучами лизогенных бактерий продукция фага увеличивается, феномен этот называетсяиндукцией профага и применяется для определения дозы радиации на космических кораблях.

Лизогенная конверсия заключается в приобретении лизогенными бактериями определенных признаков (способности продуцировать токсины, изменять антигенные свойства и т.п.). Дефектные умеренные фаги не способны к образованию зрелых фаговых частиц, что используется в генной инженерии.

Практическое применение бактериофагов. Бактериофаги используют для типирования бактерий и индикации (выявлении) в окружающей среде, для лечения и профилактики инфекционных заболеваний (редко). Метод фаготипирования бактерий с целью определения фаготипа широко применяется в микробиологической практике, что позволяет установить источник инфекции и пути ее передачи.

Рис.9.Развитие умеренного фага

Рис.10. Взаимодействие бактериофага с оболочкой бактерий


3.9. Прионы

Прионы – белковая инфекционная единица. Состоят из белковых молекул определенной структуры. Отличаются устойчивостью к высоким температурам, ионизирующей радиации, излучению и другим экстремальным воздействиям. Они чувствительны к фенолу и детергентам при нагревании. Могут персистировать в организме человека длительное время, не вызывая иммунного ответа. Накопление прионов в клетке приводит к гибели последней. Прионный белок существует в двух формах – нормальной и патологической. В первом случае это естественный компонент клеток здорового организма, участвует в передаче нервного импульса, в поддержании циркадных ритмов, в механизмах старения мозга и нервной системы. Патологическая форма вызывает медленные инфекции человека.

 

3.10. Патогенез вирусных инфекций

3.10.1. Взаимодействие вируса с клеткой.

В основе взаимодействия вирусов с организмом всегда лежит инфекционный процесс на уровне клетки, который реализуется путем взаимодействия вирусного и клеточного геномов. Это позволяет классифицировать инфекции на клеточном и на организменных уровнях.

Схема 2. Классификация вирусных инфекций

3.10.2.Классификация вирусных инфекций на клеточном уровне.

При автономной вирусной инфекции геном вируса реплицируется независимо, но взаимодействие между геномами вируса и клетки сохраняется. Автономная вирусная инфекция характерна для большинства животных.

При интегрированной инфекции вирусный геном включается в состав клеточного генома, реплицируется вместе с ним как составная часть клеточного генома. Интегрировать могут как полный геном, так и часть его: при гепатите В происходит интеграция полного генома, при аденовирусных и герпетических инфекциях обычно интегрирует часть генома, при инфекциях онковирусами может быть двояко. Интеграция может привести к неопластической трансформации клетки – способности неограниченно делиться.

Общепринят следующий механизм интеграции. Вирусная ДНК должна быть кольцевой формы и двунитчатой. Эта молекула прикрепляется к клеточной ДНК, места прикрепления разрезаются и вновь сшиваются.

Инфекция может быть продуктивной и абортивной. Продуктивная инфекция завершается образованием инфекционного потомства. Абортивная инфекция не завершается образованием инфекционных вирусных частиц или они образуются в меньшем количестве. Может возникнуть путем:

  • заражения чувствительных клеток дефектным вирусом
  • заражения чувствительных клеток в неразрешаюших условиях
  • заражения нечувствительных клеток стандартным вирусом.

Дефектным называют вирус, который не способен давать инфекционное потомство.

Продуктивные и абортивные инфекции могут протекать остро и хроническиОстрой называют такую форму инфекции, при которой после образования вирусного потомства клетка либо погибает, либо выздоравливает и не содержит вирусных компонентов. Хроническая инфекция характеризуется тем, что клетки продолжают продуцировать вирусные частицы или вирусные компоненты длительное время и передают это свойство дочерней популяции. Чаще хроническую форму приобретает абортивная инфекция.

В зависимости от судьбы зараженной клетки инфекция может быть:

– цитолитическая – завершается гибелью клетки

– нецитолитическая – не приводит к гибели клетки, клетка некоторое время функционирует, продуцирует вирусные частицы.

Смешанная инфекция – клетки заражаются несколькими разными вирусами. Происходит одновременно два и более инфекционных процесса в клетке, которые оказывают различное влияние друг на друга. Варианты взаимодействия вирусов:

А) один из вирусов подавляет репродукцию другого или подавляется репродукция обоих вирусов. Это называется интерференцией вирусов.

Б) один вирус усиливает репродукцию второго в результате комплементации или экзольтации.

В) не влияя на репродукцию, нарушают морфогенез обоих вирусов.

Персистирующая инфекция – в клетке сохраняются стабильные обменные и синтетические процессы, и поддерживается репродукция возбудителя. При латентной инфекции дочерние популяции возбудителя образуются спорадически. Иннапарантные инфекции сопровождаются бессимптомной циркуляцией незначительного количества возбудителя в отдельных органах при большей вероятности клинических проявлений.

 

3.10.3. Цитопатология заражения вирусом клетки

Патологические изменения зараженных вирусами клеток обусловлены специфическими и неспецифическими процессами. К неспецифическим относят изменения проницаемости мембран, маргинация хроматина, хромосомные аберрации, пикноз ядер, вакуолизация цитоплазмы. Специфическими изменениями являются вирусные включения, образования симпластов.

Включения являются специфическим морфологическим признаком вирусной инфекции, имеют диагностическое значение. Выявляются вирусные включения в ядре или цитоплазме. Чаще всего это место размножения вируса или скопления вирусных частиц. Характерные ядерные включения образуют вирусы герпеса, полиомиелита, аденовирусы. Цитоплазматические включения формируются в клетках, зараженных вирусом оспы, гриппа, бешенства.

Рис. 11. Типы вирусных включений

Некоторые вирусы вызывают характерный цитопатический эффект, проявляющийся в слиянии клеток и образовании многоядерных клеток – симпластов (синцитий). Такими свойствами обладают парамиксовирусы, некоторые ретровирусы, вирусы герпеса.

 

3.10.4. Классификация вирусных инфекций на организменном уровне

В основу классификации положены:

  • генерализация вируса
  • продолжительность инфекции
  • проявление клинических симптомов
  • выделение в окружающую среду.

 

Очаговая инфекция – действие вируса проявляется у входных ворот инфекции с его локальной репродукцией.

Генерализованная инфекция – после ограниченного периода репродукции вируса в первичных очагах происходит генерализация процесса, вирус достигает чувствительных тканей, формируя вторичные очаги инфекции.

Примером очаговых инфекций являются респираторные и кишечные вирусные инфекции, генерализованных – оспа, корь, полиомиелит.

Острая инфекция длится относительно непродолжительный период времени с выделением вируса в окружающую среду. Окончание инфекции сопровождается элиминацией вирусов благодаря иммунным механизмам. Инфекция протекает в клинической и инаппарантной форме. Острая инфекция может завершаться выздоровлением или гибелью организма. Она соответствует продуктивной инфекции на уровне клетки.

Таблица 9. Сравнительная характеристика очаговых и генерализованных вирусных инфекций

Свойства инфекции Очаговые инфекции Генерализованные инфекции
Место патологического процесса Входные ворота Системы тканей и органов
Инкубационный период Относительно короткий Относительно длинный

 

Наличие вирусемии Редко Обычно
Продолжительность иммунитета Кратковременный или неизученный Обычно длительный

 

Иммунные механизмы Секреторные антитела(Ig A),

Локальный клеточный иммунитет

Гуморальные антитела(IgG, IgM) системный клеточный иммунитет

 

 

3.10.5.Особенности патогенеза вирусных инфекций

Под патогенезом следует понимать совокупность процессов, вызывающих заболевание и определяющих его развитие и исход.Определяется следующими факторами:

  • тропизмом вируса
  • скоростью репродукции вируса и количеством инфекционных частиц в потомстве
  • реакцией клетки на инфекцию
  • реакцией организма на вызванные инфекцией изменения клеток и тканей.

Пути проникновения вирусов в организм:

  1. Горизонтальная передача возбудителя осуществляется от человека к человеку. Наиболее распространены механизмы:
а) воздушно-капельный. Таким путем в организм попадают две группы вирусов – респираторные, которые репродуцируются в эпителии слизистых оболочек дыхательных путей, вызывают местную инфекцию (редко – генерализованную) и выводятся из организма; и вирусы, для которых дыхательные пути являются входными воротами инфекции, они обусловливают генерализацию процесса (вирус натуральной оспы, вирусы ветряной оспы, кори, свинки).

б) фекально-оральный (пищевой) механизм значим для энтеровирусов семейств Picornaviridae, Reoviridae, Caliciviridae.

в) трансмиссивный. Вирус проникает в организм при укусе кровососущего насекомого (арбовирусы, некоторые рабдовирусы).

г) через кожу. Некоторые вирусы проникают в организм через поврежденную или неповрежденную кожу (вирус бешенства, коровьей оспы, папилломы).

д) парентеральный (инъекционная передача). Путь проникновения ВИЧ,ЦМВ, вируса гепатита В – заражение происходит при всякого рода парентеральных манипуляциях – хирургических вмешательствах, переливании крови, стоматологических операциях, применении инфицированных трансплантатов роговицы, маникюре, педикюре и т.п.

е) половой. Таким путем проникают вирусы герпеса, бородавок человека (паповавирусы).

2. Вертикальная передача возбудителя (от матери плоду). Трансплацентарно передаются ВИЧ,ЦМВ, вирусы герпеса, краснухи, гепатита В, возбудители хронических аденовирусных инфекций, редко – гриппа. Перинально заражается плод при прохождении через инфицированные родовые пути. Заражение ВИЧ возможно при лактации.

 

3.11. Лабораторная диагностика вирусных инфекций

Лабораторная диагностика вирусных инфекций складывается из трех направлений:

  1. Обнаружение возбудителя или его компонентов непосредственно в клиническом материале (быстрая диагностика).
  2. Выделение вируса из клинического материала и его идентификация.
  3. Серодиагностика вирусных инфекций.

Методы лабораторной диагностики вирусных инфекций основаны на использовании биологических свойств вирусов. Выбор метода определяется характером заболевания и предполагаемым возбудителем, и решается в каждом отдельном случае в зависимости от периода болезни и условий протекания.

 

Глава 4. Генетика микроорганизмов
Уникальные свойства микроорганизмов – гаплоидность, высокая скорость размножения, половая дифференциация (доноры и реципиенты), наличие обособленных фрагментов ДНК позволяют ученым изучать общие генетические закономерности, а современные методы генной инженерии положены в основу биотехнологии производства вакцин, интерферона, гормонов и других биологически активных веществ.

 

4.1.Организация генетического материала бактерий

Вся генетическая информация закодирована в ДНК. Исключение составляют РНК-содержащие вирусы – у них генетическая информация заложена в РНК.

Нуклеоид бактерий представлен кольцевой ДНК, часто замкнутой. Дополнительно генетический материал заложен у бактерий во внехромосомных генетических элементах – плазмидах, находящихся в автономном состоянии в цитоплазме клетки. Приняты условные обозначения генов бактерий, например:his+– гистидиновый ген, leu++ – лейциновый ген, strR– ген резистентности к стрептомицину.

Ген – участок молекулы ДНК, детерминирующий порядок аминокислот в определенном полипептиде или нуклеотидов в РНК (В.Иогансон,1909).Ген – единица наследственности, определяющая развитие какого-либо признака организма. Ген дискретен, стабилен, лабилен, специфичен. Ген способен отвечать за несколько признаков (плейотропен).

Генотип – совокупность генов организма. Экспрессия генов – проявление их, степень выраженности, зависит от условий окружающей среды.

Фенотип- совокупность всех признаков и свойств организма, развивающихся под действием генотипа и факторов среды.

 

4.2. Внехромосомные факторы наследственности

Плазмиды, транспозоны, Is–последовательности относят к внехромосомным факторам наследственности. Представляют собой молекулы ДНК, отличающиеся молекулярной массой, объемом закодированной в них информации, способностью к репликации и т.п. Внехромосомные факторы наследственнности не являются жизненно необходимыми бактериальной клетке, они способны дополнять бактерии новыми свойствами, например резистентностью к антибиотикам. Плазмиды автономны, или могут быть интегрированы с хромосомой бактерии, а транспозоны и Is –последовательности всегда связаны с хромосомой.

 

4.2.1.Плазмиды

Функции плазмид – регуляторная и кодирующая. Регуляторная функция обеспечивает компенсацию нарушений метаболизма ДНК клетки хозяина. Кодирующая функция заключается во внесении в клетку новой информации (R- плазмиды,F- плазмиды, Col–плазмиды). Нахождение плазмид в автономном или интегрированном состоянии часто определяют факторы внешней среды. В настоящее время описано более 20 плазмид. F- плазмиды, или половой фактор, представляют замкнутую нить ДНК с молекулярной массой 60х106, контролируют синтез половых ворсинок (sex или F-pili). F- плазмиды активно участвуют в конъюгации (половом процессе бактерий), передаются при этом в клетку бактерии-реципиента.Tran-оперон F- плазмид детерминирует перенос генетического материала, легко удаляется из клеток в результате химической обработки при автономном способе существования в клетке.

R– плазмиды определяют устойчивость бактерий к лекарственным препаратам. В их состав входит r-ген, который соответственно содержит более мелкие элементы: Is– последовательности, транспозоны, tra – опероны. R-ген контролирует синтез соответствующего фермента, значительное число r -генов являются транспозонами, способными перемещаться в другие репликоны. Один r-ген содержит несколько транспозонов, контролирующих устойчивость к нескольким антибиотикам. Это объясняет множественную лекарственную устойчивость бактерий.Tra-оперон обеспечивает конъюгативность плазмид, входит в состав R-плазмид грамотрицательных бактерий. Грамположительные бактерии содержат неконъюгативные плазмиды, которые передаются трансдукцией.

Плазмиды патогенности контролируют вирулентность и токсинообразование бактерий.

Бактериоциногенные плазмиды (col-плазмиды) контролируют синтез бактериоциногенов – антибактериальных веществ, вызывающих гибель бактерий того же или близких видов. Бактериоцины обнаружены у кишечной палочки (колицины), бактерий чумы (пестицины), холерных вибрионов (вибриоцины), стафилококков (стафилоцины) и др.

Колицины энтеробактерий – вещества белковой природы. Изучено 25 типов колицинов, различающихся по физико-химическим свойствам, антигенной характеристике, способности адсорбироваться на определенных участках поверхности бактериальных клеток. Продукция колицинов происходит спонтанно в одной из тысячи клеток. Возможна стимуляция продукции колицинов УФ – лучами, что приводит в конечном итоге к гибели клеток, продуцирующих колицины. Т.о. col-плазмиды являются потенциально летальными для клеток – продуцентов. Механизм действия колицинов состоит в нарушении функции рибосом, ЦПМ и др. структур клетки.

Бактериоциногения имеет экологическое значение как один из факторов, формирующих микробный биоценоз микрофлоры организма человека, а так же для типирования бактерий с целью эпиданализа.

Плазмиды биодеградации. Несут информацию об утилизации органических соединений, используемые бактериями в качестве источников углевода и энергии. Могут таким образом обеспечивать селективные преимущества пребывания патогенных бактерий в объектах окружающей среды и в организме человека. Так, плазмиду гидролизации мочевины содержат урологические штаммы кишечных палочек.

 

4.2.2. Транспозоны

Транспозоны представляют собой нуклеотидные последовательности (2000-20500 пар), несущие генетическую информацию для транспозиции. При встраивании в бактериальную ДНК они вызывают в ней дупликации, а при перемещении – делеции и инверсии. Транспозоны могут находиться автономно в виде кольцевой ДНК, не способной к репликации. Реплицируются они только в составе бактериальной хромосомы. Важное свойство транспозонов – способность к перемещению с одного репликона (хромосомная ДНК) на другой (плазмида) и наоборот. Функции транспозонов – регуляторная и кодирующая.

Концевые структуры транспозонов являются маркерами, отличающими их от других фрагментов ДНК. Интеграция транспозонов в хромосому клеток человека или животных обеспечивает им схожесть с провирусами, находящимися в составе хромосом клеток-хозяина.

 

4.2.3. Is –последовательности

Is –последовательности – это фрагменты ДНК длиной 1000 пар нуклеотидов и более, представляющие собой транспозируемые элементы. В свободном состоянии не обнаруживаются. В Is –последовательностях содержится информация, которая необходима только для их транспозиции, т.е. перемещения в различные участки ДНК.

Функции Is –последовательностей:

– координация взаимодействия транспозонов плазмид, умеренных фагов, хромосомы бактериальной клетки, обеспечивая их рекомбинацию;

– инактивация генов, в которых произошла интеграция Is –последовательности («выключение гена»);

– встраиваться в определенном положении в бактериальную хромосому и выполнять роль промотора, включая или выключая транскрипцию соответствующих генов (регуляторная функция);

– индукция мутация типа делеций или инверсий при перемещении и дупликации в 5-9 парах нуклеотидов при встраивании в бактериальную хромосому.

 

4.3. Умеренные фаги

Умеренные и дефектные фаги по своим свойствам напоминают плазмиды бактерий, являются факторами изменчивости. Встраиваясь в хромосому, вызывают лизогенизацию бактерий, обеспечивая их новыми признаками.

 

4.4. Модификации

Модификациями называют фенотипические изменения какого-либо признака организма. Они не наследуются, предсказуемы, не стойки, не затрагивают генотип, адаптивны, носят массовый и обратимый характер.

Являются ответом на изменяющиеся условия окружающей среды, что позволяет микробной популяции быстро адаптироваться к окружающей среде и сохранять жизнеспособность. Модификация затрагивает морфологические, биохимические, иммунологические и другие признаки с последующим возвращением к первоначальному фенотипу после устранения действия внешнего фактора (химического или физического).

Под непосредственным действием антибиотиков (химическое воздействие) бактерии способны переходить в L-формы, могут сохраняться и размножаться внутри клеток хозяина, после чего вновь реверсировать в исходную форму.

 

4.5. Мутации

Мутация – это наследуемое изменение в первичной структуре ДНК.

Классификация мутаций:

А.По происхождению – спонтанные и индуцированныеСпонтанные мутации составляют естественный фон, происходят in vitro и in vivo (в естественных биотопах организма человека) под воздействием различных факторов. Одной из причин изменения естественного фона могут быть инсертационные мутации, появляющиеся при встраивании Is –последовательностей, транспозонов и плазмид в хромосому микробной клетки. И если интеграция происходит вблизи промотора, то нарушаются функции регуляторного гена, а если вблизи структурного гена – нарушается синтез закодированного в нем продукта.

Индуцированные мутации возникают под действием искусственно созданного мутагена.

Б.По количеству мутировавших генов различают генные и хромосомные мутации. Генные происходят только в одном гене, хромосомные мутации затрагивают участки хромосом.

Точковые мутации – изменения происходят путем деления или вставки азотистых пар оснований в ДНК, затрагивается при этом один кодон. Конечный результат – новая последовательность нуклеотидов кодирует совершенно другую аминокислоту, как следствие – новый белок.

Мутации со сдвигом считывания затрагивают один ген, происходит вставка или выпадение одной пары азотистых оснований.

Прямые и обратные мутации приводят к восстановлению дикого фенотипа. Так, прямая мутация ведет к появлению мутантного фенотипа, а обратная – к возврату дикого фенотипа, при условии,если изменение состоит в простой замене пары азотистых оснований.

Исправляет мутационные изменения внутригенная супрессия. Внегеннаяс упрессия вторичных мутаций локализуется в генах супрессорах и нарушает работу т-РНК.

Хромосомные мутации возникают при делеции (выпадении), инверсии (повороте), дупликации участков хромосом. Одним из механизмов возникновения хромосомных мутаций является перемещение Is –последовательностей и транспозонов одного участка ДНК в другой, или из хромосомы в плазмиду и наоборот.

В. По фенотипическим последствиям мутации бывают нейтральные, условно-летальные и летальные. Нейтральные мутации не проявляются фенотипически, условно-летальные изменяют, но не утрачивают функции фермента. Летальные мутации приводят к полной утрате способности синтеза ферментов. Основной механизм таких мутаций – делеции.

Фенотипическое проявление мутаций – это утрата пилей, жгутиков, капсулы, клеточной стенки, способности ферментировать углеводы, а так же синтезировать аминокислоты, витамины и другие соединения, появление лекарственной устойчивости.

Ауксотрофные мутаниты нуждаются в определенных факторах роста и сохраняют жизнеспособность при наличии готового вещества в среде обитания.

 

4.6. RS– диссоциации

Своеобразной формой изменчивости являются R- S- диссоциации бактерий, которые приводят к образованию двух видов бактериальных клеток, отличающихся по характеру образуемых колоний на твердой питательной среде. R- колонии характеризуются неровными краями, шероховатой поверхностью. Для S- колоний типична круглая форма, гладкая поверхность. Диссоциация (расщепление) обычно протекает в направлении от S- к R-форме, иногда через промежуточные стадии слизистых колоний. Обратный переход форм наблюдается реже. Большинство вирулентных бактерий растет в виде S-форм колоний на плотной питательной среде. Исключение составляют микобактерии туберкулеза, иерсинии чумы, сибиреязвенные бактерии и некоторые другие, растущие в R-форме.

В процессе диссоциации меняется не только морфология колоний, но и биохимические, антигенные, патогенные и др. свойства бактерий.

Биологическое значение R- S- диссоциации состоит в приобретении бактериями селективных преимуществ существования в организме человека или во внешней среде.

Во многих случаях R- S- диссоциация может затруднить бактериологическую диагностику инфекционных заболеваний – дизентерии Зонне, эшерихиоза, вызванного E. Coli О124 и др.

 

4.7. Мутагены

Мутагены – это химические и физические факторы, вызывающие предмутационные повреждения в отдельном фрагменте ДНК, которые переходят в мутации при нарушении процессов репарации. Одни мутагены способны изменять первичную структуру ДНК, другие – вызывать выпадение или вставку азотистых оснований. Третьи обладают множественным эффектом (супермутагены). Из физических факторов УФ- облучение используют в качестве индуктора мутаций. Мутагены не обладают специфическим действием, т.е. могут вызывать изменения в любом гене. Некоторые химиотерапевтические препараты (например, производные нитрофуранового ряда) также обладают мутагенным действием.

 

4.8. Репарации

Чтобы восстанавливать поврежденный генетический материал существуют специальные системы – репарационные.

Репарация– процесс исправления повреждений в молекулах ДНК, восстановления клеточного генома, в котором участвуют репарационные ферменты. Они устанавливают места повреждения, вырезают их, синтезируют поврежденные фрагменты и обеспечивают встраивание новых в молекулу ДНК.

Репарационная система, действующая в присутствии видимого света, называется системой фотореактивации.

Система темновой репарации работает в отсутствии видимого света.

Схема дорепликативной репарации выглядит следующим образом:

1) фермент эндонуклеаза обнаруживает и надрезает поврежденный фрагмент ДНК,

2) ДНК-полимераза 1 удаляет вырезанный фрагмент,

3) ДНК-полимераза 1 или III синтезирует нуклеотиды на матрице второй нити ДНК,

4) «сшивание» лигазой восстановленного фрагмента ДНК с основной нитью.

Пострепликативную репарацию путем рекомбинаций применяют мутантам, утратившим способность к темновой репарации.

SOS- репарация – индуцибельный процесс, который происходит при множественных изменениях в ДНК и при участии около 20 новых белков. При низких и средних системах активации происходят ошибки, при высокой степени активации гибнет клетка, но спасаются маркеры бактериальной популяции в целом.

Репарационные системы – свойства клеток млекопитающих и человека. Они восстанавливают поврежденный клеточный геном, вызванный радиацией. Дефекты этих систем – причина ряда заболеваний, например наследственного заболевания человека с летальным исходом Xeroderma pigmentosum. У таких больных отсутствует система репарации, восстанавливающая повреждение ДНК УФ – лучами.

 

4.9.Генетические рекомбинации

Генетические рекомбинации прокариот имеют свои особенности. Рекомбинации происходят в результате внутригеномных перестроек или при внесении в клетки-реципиенты части ДНК-донора. Последнее приводит к появлению неполной зиготы – мерозиготы.

Рекомбинации подразделяют на законные и незаконные. Законная рекомбинация происходит между близкородственными видами микроорганизмов и требует наличия комплементарных участков ДНК в рекомбинируемых молекулах. Незаконная рекомбинация происходит при участии Is- элементов , которые имеют мелкие концы для быстрого встраивания в бактериальную хромосому.

Практическое значение имеют запрограммированные внутригеномные рекомбинации, при которых происходят изменения локализации имеющихся генов. Они изменяют антигенную структуру микробов и эффективно противостоят факторам иммунитета (боррелии, трипаносомы, малярийный плазмодий).

В генетических рекомбинациях участвует ряд ферментов, rec- генов и происходят они путем трансформации, трансдукции и конъюгации.

 

4.9.1 Трансформация

Трансформация – непосредственная передача генетического материала (фрагмента ДНК) донора реципиентной клетке. В 1928 году Ф.Гриффитс, в 1944 году О. Эвери, К. Мак-Мод, К. Мак-Карти изучали феномен трансформации и доказали роль ДНК как носителя генетической информации.

Клетки, воспринимающие донорскую ДНК – компетентные. Это состояние непродолжительно, оно совпадает с концом логарифмической фазы роста бактериальной культуры.

Трансформирующей активностью обладают двунитчатые фрагменты ДНК с молекулярной массой не менее 0,5-1х106.

Фазы процесса трансформации бактерий:

  1. адсорбция ДНК-донора на клетке-реципиенте,
  2. проникновение ДНК внутрь клетки-реципиента,
  3. соединение ДНК с гомологичным участком хромосомы реципиента с последующей рекомбинацией.

После проникновения внутрь клетки трансформирующая ДНК деспирализуется, происходит включение любой из двух нитей ДНК донора в геном реципиента.

Степень гомологичности ДНК донора и реципиента обуславливает эффективность процесса трансформации – чем выше гомологичность, тем эффективнее спаривание и большее количество трансформантов.

 

4.9.2. Трансдукция

Трансдукцией называют передачу генетического материала от одной бактерии к другой с помощью фагов. Процесс открыт в 1951 году Н.Циндером и Дж. Ледербергом.

Различают три вида трансдукции: неспецифическая (общая), специфическая, абортивная.

А. Неспецифическая трансдукция. В момент сборки фаговых частиц в головку фага вместе с фаговой ДНК может проникнуть любой фрагмент ДНК бактерии-донора при репродукции. При этом фаг может утратить часть своего генома и стать дефектным. При таком виде трансдукции в клетку-реципиент могут быть внесены любые гены донора. Принесенный фагом фрагмент ДНК бактерии-донора рекомбинирует в гомологичную область ДНК клетки-реципиента. При неспецифической трансдукции трансдуцирующие фаги являются только переносчиками генетического материала от одних бактерий к другим, а сама фаговая ДНК не участвует в образовании трансдуктантов.

Б.Специфическая трансдукция. Характеризуется способностью фага переносить определенные гены от бактерии-донора к бактерии-реципиенту,при этом образование трансдуцирующего фага происходит путем выщепления профага из бактериальной хромосомы вместе с генами, расположенными рядом с профагом, на хромосоме клетки-донора.

При взаимодействии трансдуцирующих фагов с клетками реципиентного штамма происходит включение гена бактерии-донора вместе с ДНК дефектного фага в хромосому бактерии-реципиента. Бактерии, лизогенированные дефектным фагом, невосприимчивы к последующему заражению гомологичным вирулентным фагом.

В. Абортивная трансдукция. При таком виде трансдукции принесенный фагом фрагмент ДНК бактерии-донора не включается в хромосому бактерии-реципиента, а располагается в цитоплазме. При делении клетки трансдуцированный фрагмент ДНК-донора передается одной дочерней клетке, т.е. наследуется однолинейно и в конечном итоге утрачивается в потомстве.

 

4.9.3. Конъюгация

Конъюгация – перенос генетического материала из клетки-донора в клетку реципиента при их скрещивании. Этот процесс обнаружили в 1946 году Д.Леденберг и Э. Тейтум.

Бактерии, несущие F-плазмиду (F+ – половой фактор) – всегда доноры. Реципиентами являются бактериальные клетки, не имеющие F-плазмид (F). При скрещивании F+ и F – клеток высока частота передачи полового фактора, при этом почти все реципиенты становятся F+– клетками.

F-плазмида способна интегрировать в определенные участки бактериальной хромосомы и становиться ее частью. В некоторых случаях, освобождаясь из хромосомы, F-плазмида захватывает сцепленные с ней бактериальные гены.

Этапы конъюгации:

  1. прикрепление клетки – донора к реципиентной клетке с помощью половых ворсинок,
  2. образование конъюгативного мостика между клетками,
  3. передача F-фактора из клеток – донора в клетки-реципиента , возможна передача и других автономных плазмид.
В процессе конъюгации эндонуклеаза включает F-плазмиду в цепь ДНК и разрывает ее. Проксимальный конец ДНК через конъюгативный мостик проникает в клетку-реципиент и сразу же достраивается до двунитевой структуры. Оставшаяся в клетке- доноре нить ДНК становится матрицей для синтеза второй цепи. Т.о., при конъюгации передается только одна нить ДНК-донора. Существуют штаммы бактерий доноров – Hfr, которые при соединении с клеткой передают только гены бактериальной хромосомы, а не F-фактор.

 

 

4.10. Генетика популяций

В организме человека микробы находятся в определенных биотопах

( полость рта, просвет кишки, кожа и т.п.) в виде популяций. Генофонд популяции обеспечивает ее стабильность и выживаемость. По действием внешних факторов в процессе жизнедеятельности в микробной популяции появляются отдельные особи с новыми признаками, которые являются гетерогенными по отношению к большинству клеток. Чем выше гетерогенность популяции, тем больше шансов на ее выживание. Накопление гетерогенных особей в популяции изменяет ее генофонд. Изменчивость генофонда бывает фенотипической (модификационной) и генотипической (мутационной, рекомбинантной).

Модификационную изменчивость обеспечивают механизмы репрессии и индукции структурных генов без их перестройки. Выживают клетки, лучше других адаптирующиеся к изменениям окружающей среды. Прекращение действия факторов внешней среды приводит к первоначальному фенотипу.

Мутационно- рекомбинационный механизм связан с появлением в популяции генотипов, постоянно возникающих в результате мутаций и рекомбинаций, внесения внешней информации с транспозируемыми элементами.

Увеличение гетерогенности микробных популяций в организме человека происходит за счет воздействия мутагенных факторов, образующихся в результате метаболических реакций (нитрозамины и др.), некоторых химиотерапевтических средств (производные нитрофурана и др.), а также молекул ДНК и РНК, освобождающихся после гибели микроорганизмов и клеток разнообразных тканей и органов.

В организме человека в качестве селективных факторов выступают химиотерапевтические средства, специфические антитела и др. Вместе с тем, эти факторы могут служить индукторами соответствующих сигналов, воспринимающимися рецепторами бактерий и передающимися регуляторным генам, что приводит к появлению новых генотипов и фенотипов.

 

 

 

ЧАСТЬ II СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ

Глава 1. Принципы организации и функционирования иммунной системы

1.1. Неспецифическая резистентность и адаптивный иммунитет.

Иммунная система,  наряду с нервной и эндокринной, сохраняет и поддерживает постоянство, устойчивость и состав  организма, то есть обеспечивает гомеостаз. Способность иммунной системы поддерживать неизмененный  антигенный состав позволяет каждому человеку сохранить свою антигенную индивидуальность посредством

  • защиты от возбудителей инфекционных заболеваний
  • противоопухолевого иммунологического надзора
  • создания условий для внутриутробного развития плода
  • своевременного удаления состарившихся структур
  • отторжения пересаживаемых органов, тканей и клеток.

В решении указанных проблем участвует множество разнообразных клеток и гуморальных продуктов их жизнедеятельности. Условно принято выделять 2 варианта их реализации:

Антигеннеспецифические реакции – при этом нейтрализация, разрушение и вывод из организма чужеродных веществ происходит без узнавания и запоминания особенностей  строения. Это так называемые доиммунные механизмы резистентности. В осуществлении реакций врожденного иммунитета участвуют  клетки

–  пограничных тканей (кожа, слизистая ЖКТ, дыхательных путей и урогенитального тракта)

–  крови: полиморфноядерные лейкоциты, моноциты, натуральные киллеры

–  эндотелия сосудов

–  резидентные макрофаги

и гуморальные факторы

–  белки острой фазы: ЦРБ (С-реактивный белок), МСЛ (маннозосвязывавающий лектин) – синтезируются в печени до появления специфических  антител

–  лизоцим

–  комплемент и его компоненты

Антигенспецифические (АГ-специфические) реакции или антиген – специфическая защита, наиболее эффективна, осуществляется  системой лимфоцитарного иммунитета. Они обладают способностью узнавать и запоминать пространственную конфигурацию антигена  и защищать организм при повторном его введении – иммунологическая память. Такая форма защиты осуществляется клеткамииммунной системы и гуморальными факторами – антителами.

1.2. Центральные и периферические органы  иммунной системы

Анатомо-функциональный принцип устройства иммунной системы – органно-циркуляторный. Это значит, что клетки иммунной системы организованы в специализированные  структуры, называемые органами иммунной системы. При этом клетки не находятся в них постоянно, а интенсивно циркулируют между лимфоидными органами и нелимфоидными тканями через лимфатические сосуды и кровь, а процесс миграции не носит характер случайного передвижения.

Схема 3. Строение иммунной системы.

Красный костный мозг и тимус относят к центральным органам. Центральные (или первичные) органы иммунной системы находятся на защищенной от внешних воздействий территории: тимус – за  грудиной, костный мозг – в костных полостях.  Центральные органы иммунной системы  – «инкубатор, а не поле битвы», место созревания, дифференцировки, развития  (образования и воспитания) иммуноцитов – или иммунокомпетентых клеток, заселяющих периферические органы. Все клетки иммунной системы, также как и все клетки крови имеют общего предшественника – полипотентную стволовую кроветворную клетку (ПСКК). Основным местом пребывания ПСКК является костный мозг.

Схема 4. Иммунопоэз развития клеток иммунной системы.

Костный мозг – центральный орган кроветворения. Структурно состоит из компактной кости, стромы, костномозговых синусов, генеративной зоны и зоны созревания. Считается, что все элементы костного мозга участвуют в формировании и регуляции

  • эритропоэза (заканчивается образованием эритроцитов),
  • миелопоэза (образуются базофилы, эозинофилы, моноциты),
  • мегакариоцитопоэза (формируются тромбоциты),
  • дифференцировки дендритных клеток,
  • полного лимфопоэза так называемых «классических» В-2 – лимфоцитов. Коммитированный (запрограммированный) к дифференцировке  в Т-лимфоциты потомок СКК мигрирует из костного мозга в тимус.

Тимус – специализированный лимфоидный орган, в котором проходит развитие и образование большей части Т-лимфоцитов. Тимус расположен в переднем верхнем средостении, за грудиной, над сердцем. Существенная роль в функционировании тимуса отводится его эпителиальным клеткам (ЭК), классифицированным на  3 типа. 1 тип – секреторные, выделяют тимические гормоны (тимозин, тимулин, тимопоэтин), им принадлежит важная роль в посттимусном развитиии  и дозревании Т-лимфоцитов. Кроме гормонов, эпителиальные клетки секретируют цитокины, при этом ведущая роль в созревании тимоцитов отводится интерлейкину (ИЛ) -7. Особый эпителиальный компонент микроокружения тимоцитов – «клетки-няньки» (nurse cells) –  имеют характерную морфологию и специализированную функцию, продуцируя разнообразные факторы, обеспечивая  селекцию и дифференцировку Т-клеток. Мигрируя из коркового слоя в мозговой, предшественники Т-клеток дифференцируются в зрелые Т-лимфоциты, для которых характерно: дифференцировка на субпопуляции и наличие полноценного Т-клеточного рецептора (ТКР), способного распознать чужеродный антиген.

От других лимфоидных органов тимус отличается особой постнатальной динамикой развития. Тимус достигает  наибольшей  величины  и  активности  (образование гормонов, поддержание дифференцировки и пролиферации тимоцитов) в возрасте 1 года.    Считается, что возрастная инволюция тимуса определяет старение иммунной системы,  а через нее – в значительной  степени старение всего организма.

Вторичные или периферические органы иммунной системы представлены селезенкой, лимфоузлами и лимфоидной тканью, ассоциированной

–  с желудочно-кишечным трактом: миндалины, аденоиды, аппендикс, пейеровы бляшки (особо следует отметить внутриэпителиальные лимфоциты слизистой оболочки кишки)

–  бронхами и бронхиолами (в том числе эпителиальные лимфоциты слизистой оболочки дыхательной системы)

–   урогенитальным трактом.

Следует также подчеркнуть значимость так называемой лимфоидной подсистемы кожи, включающей в себя популяцию внутриэпителиальных лимфоцитов, регионарные лимфатические узлы и сосуды лимфодренажа. Немаловажная роль отводится и периферической крови как транспортно-коммуникационному компоненту иммунной системы.

Лимфатические узлы (ЛУ) – множественные, симметрично расположенные по всему телу инкапсулированные лимфоидные органы бобовидной формы с размерами, варьирующими в норме от 0,5 до 1,5 см в длину. Лимфатический узел – основное образование периферических лимфоидных органов, в котором происходит распознавание антигена, взаимодействие Т- В лимфоцитов и формирование специфического иммунного ответа.  ЛУ расположены регионарно и называются в соответствии с той зоной, которую обслуживают – околоушные, паховые и т.д. Их функциональное предназначение – фильтрация лимфы и дренаж тканевой жидкости из всех барьерных тканей, в результате чего лимфоузлы «контролируют» все антигены, попадающие во внутреннюю среду через покровные ткани. Из ЛУ лимфа попадает в грудной лимфатический проток, далее в нижнюю полую вену и вливается в системный кровоток. В каждом лимфоузле выделяют корковую и медулярную зоны. Корковая часть разделена на сектора, в которых расположены  лимфоидные фолликулы (В-лимфоцитарная зона). В паракортикальной зоне ЛУ локализованы Т-лимфоциты (Т-зона) и венулы, через которые лимфоциты мигрируют в лимфоузел из крови. В медуллярной зоне содержатся макрофаги, плазматические клетки, Т и В лимфоциты. При активном иммунном ответе количество плазматических, нелимфоидных клеток и рециркулирующих лимфоцитов резко возрастает. Процесс сопровождается отеком ткани, что создает эффект увеличенного лимфоузла.

Селезенка – инкапсулированный лимфоидный  орган, содержит до 25% от общего числа лимфоцитов. Паренхима представлена белой и красной пульпой. В белой пульпе выделяют тимусзависимую область, состоящую из Т-лимфоцитов, расположенную вокруг артериол, и В-зависимую область, представленную В-лимфоцитами. Белая пульпа – место реализации иммунного ответа на антигены, попадающие из крови. В селезенке созданы оптимальные условия для формирования иммунного ответа по гуморальному типу. Красная пульпа – депо эритроцитов, содержит большое количество плазматических клеток, макрофагов. Четкой границы между областями нет, что и обеспечивает возможность активной миграции клеточных элементов.

Особая роль в обеспечении функциональных задач иммунной системы принадлежит печени. Этот орган не относится в строгом смысле к органам иммунной системы, тем не менее, здесь локализована большая часть натуральных киллеров (NK), содержатся особые Т-лимфоциты, обеспечивающие толерантность к антигенам пищевых продуктов. В печени едва ли не половина всех тканевых макрофагов. В синусах печени, так же как в синусах селезенки, макрофаги фагоцитируют и расщепляют иммунные комплексы.

Далее следует остановиться на характеристике неинкапсулированной лимфоидной ткани слизистых. Общая площадь поверхности слизистых у человека составляет 400 м², в ней выделяют структурированную лимфоидную ткань –  фолликулы,  организованные формирования лимфоидной ткани, а также  единичные клетки эпителиального (Т-лимфоциты) и подслизистого (В-лимфоциты) слоев. Классическим примером организованного лимфоидного образования  является пейерова бляшка (групповой лимфатический фолликул). Каждая бляшка примыкает к эпителию кишки под М – эпителиальными клетками, лишенными ворсинок. Эти клетки и обеспечивают функцию входных ворот для антигенов. В – лимфоциты составляют до 70% всех клеток пейеровой бляшки,   от 10 до 30% приходится на долю Т-клеток. Основное функциональное предназначение пейеровых бляшек – поддержание иммуногенеза В-лимфоцитов и обеспечение синтеза секреторного иммуноглобулина А и Ig Е.

Лимфоидная ткань, ассоциированная с кожей, представлена исключительно Т-лимфоцитами. Обсуждается возможная роль кожи как места внетимусного развития Т-лимфоцитов.

Таким образом, вполне оправдано существование таких понятий и, соответственно, функций, как иммунная подсистема слизистой или кожи. Каждый лимфоидный орган периферической иммунной системы контролирует определенную часть тела, от которого к нему поступает лимфа (лимфоузлы), кровь (селезенка) или же непосредственно контактирует с барьерами, ограничивающими внешнюю среду от внутренней – лимфоидная ткань, ассоциированная с кожей и слизистыми. Все вторичные органы иммунной системы объединены посредством рециркуляции лимфоцитов. Под рециркуляцией понимают процесс перехода клеток из кровяного русла в органы,  оттуда – в лимфу, а из нее – в кровоток. Считается, что в среднем зрелые лимфоциты поступают из органов в циркуляцию и обратно 1-2 раза в день. При этом следует отметить, что в каждой ткани лимфоциты имеют свои особенности, а миграция лимфоцитов между лимфоидными и нелимфоидными образованиями, то есть органно-циркуляторный принцип, обеспечен наличием строго определенных молекул адгезии и хоминг-рецепторов. Т-лимфоциты рециркулируют более интенсивно, нежели В-клетки, причем наибольшую активность проявляют Т-хелперы. Особо следует подчеркнуть, что полноценная иммунная реакция развивается непосредственно только в периферических лимфоидных органах, имеющих для этого оптимальную  структурную организацию.

В последнее время дискутируется термин «третичные» органы иммунной системы, под которым подразумевается лимфоидная ткань, формирующаяся в результате инфильтрации иммунными лимфоцитами (например, лимфоклеточная инфильтрация щитовидной железы при аутоиммунном тиреоидите). Третичные органы могут утрачиваться при исчезновении соответствующего патологического антигена.

1.3. Клетки иммунной системы

Иммунная система, функционирующая в условиях нормы, постоянно готова к защите внутренней среды от вторжения чужеродных антигенов или сформировавшихся внутри организма  измененных структур. В основе всех вариантов защиты лежит взаимодействие клеток иммунной системы. Принято выделять 3 категории клеток, участвующих в формировании  иммунных реакций:

Клетки стромы – фибробласты, коллагеновые волокна, эндотелий сосудов. Основное их предназначение – обеспечение межклеточных контактов, направленной миграции,  обмен сигналами между клетками благодаря наличию молекул адгезии, а также формирование особого микроокружения, то есть создание условий для развития и поддержания функциональной активности всех участников иммунных процессов.

Вторая группа – вспомогательные (антигенпрезинтирующие) клетки – элементы мононуклеарной фагоцитарной системы (МФС), дендритные клетки (ДК). Их задача состоит в первичной переработке антигена и создании условий для его распознавания и формирования иммунитета.

Макрофаги – широко распространенная и морфологически гетерогенная группе клеток, объединенная в самостоятельную систему мононуклерных фагоцитов. Основными критериями принадлежности клеток к МФС являются

  • Способность к фаго- и пиноцитозу
  • Прикрепление к стеклу
  • Общность происхождения и морфологии

Макрофаги – гетерогенная группа клеток, однако если морфологически характеризовать «усредненный» макрофаг- это крупная клетка,  с эксцентрически расположенным  ядром неправильной формы, «пенистой», за счет большого количества лизосомальных гранул, цитоплазмой. Термин «общность происхождения» отражает тот факт, что все клетки МФС дифференцированы из полипотентной стволовой клетки (ПСКК) и имеют единые этапы развития. В костном мозге  из ПСКК образуется  монобласт – затем промоноцит – затем моноцит, который на этой  стадии дифференцировки приобретает параметры  моноцита периферической крови. Этот этап для элементов МФС – промежуточный (транспортный). Средняя длительность пребывания моноцита в кровотоке составляет  2-4 дня, после чего он мигрирует в ткани, превращаясь в макрофаг, а в зависимости от микроокружения приобретает различные характеристики, что позволяет говорить о гетерогенности этих клеток, отраженной в их названии:

  • макрофаги печени – Купферовские клетки (составляют около половины всех тканевых или резидентных макрофагов)
  • макрофаги серозных полостей  – перитонеальные и плевральные
  • альвеолярные макрофаги
  • остеокласты (макрофаги костной ткани)
  • суставные макрофаги или синовиальные клетки А типа
  • микроглиоциты мозга
  • мезангиальные клетки почек
  • макрофаги лимфоидных органов

Продолжительность жизни тканевых макрофагов составляет от 20 суток до 7 месяцев, при этом отличительной чертой этих клеток является тот факт, что они не пролиферируют, а увеличение пула при необходимости осуществляется благодаря привлечению подвижной группы моноцитов – способных к миграции –  в отличие от тканевых (резидентных).

Несмотря на характерные особенности, зачастую лишь морфологические признаки недостаточны для идентификации этих клеток. Секреторная активность – наиболее характерный признак клеток макрофагального ряда. Считается, что макрофаги секретируют свыше 40 биологически активных веществ. Помимо ферментов, это

  • Вещества, обеспечивающие кислородзависимый и кислороднезависмый бактерицидный эффект
  • Продукты метаболизма арахидоновой кислоты или биогенные липиды
  • Компоненты комплемента
  • Вещества, обеспечивающие эритропоэз – эритропоэтин
  • Цитокины, в том числе ИЛ-1, ИЛ-6, ФНОα, КСФ, ИФНα, ИЛ-12.

Кроме характеристики секреторной активности, для идентификации макрофагов и изучения их функциональной активности используют поверхностные рецепторы.

1. Структуры, ответственные за межклеточные взаимодействия – наиболее характерный представитель – FcR (рецетор для Fc фрагмента иммуноглобулина). Так, для   IgG на клеточной мембране макрофагов предсуществует 3 типа рецепторов: FcγR I (CD64), обеспечивает связь  с иммунными комплексами и с мономерами IgG.

FcγR II – CD 32 – сорбирует лишь иммунные комплексы

FcγR III – CD 16 связывает мономеры субклассов G1 и G3.

Экспрессированы также и рецепторы для Fc фрагментов Ig А (FcάR), Ig М (FcμR), Ig Е (FcεR). Взаимодействие рецепторов для Fc фрагментов на поверхности макрофагов с соответствующим иммуноглобулином приводит к активации клеток,  росту их метаболической, поглотительной, бактерицидной и (или) цитотоксической активности.

2. Поверхностные рецепторы для комплемента (CR) и его компонентов предназначены для распознавания иммунных комплексов с целью их последующего фагоцитоза.

3. Адгезивные молкулы – название связано со способностью этих структур обеспечивать прикрепление (адгезию) клеток  между собой для выполнения своих функций. Молекулы адгезии либо постоянно существуют на клеточной мембране, либо появляются на ней в ответ на стимуляцию. На макрофагальных клетках существуют и широко используются с целью их функциональной характеристики такие группы молекул адгезии, как интегрины (необходимы для взаимодействия с молекулами межклеточного матрикса) – MAC-1 (monocyte adhesion complex), CD 18, CD 11а, CD 11в, CD 11с. Селектины – специфичны для углеводных остатков, оголяющихся при старении и в процессе гибели клеток, через эти рецепторы макрофаги «узнают» стареющую или апоптотирующую клетку (более подробная характристика адгезивных молекул в приложении)

4. Рецепторы для микробных патогенов. В соответствии с современными представлениями (Ch. Janeway, 2001) существуют так называемые патоген-ассоциированные молекулы – паттерны (PAMP) – консервативный рисунок аминокислотных последовательностей, характерный для большинства микроорганизмов и не встречающийся у многоклеточных. Примерами PAMP являются

  • пептидогликаны клеточной стенки бактерий (МДП)
  • тейхоевые кислоты Грам + бактерий
  • ЛПС Грам – бактерий
  • полисахариды (зимозан дрожжей, маннаны грибов)
  • белки бактериальные и вирусные – флагеллин
  • двуспиральная вирусная ДНК и РНК бактерий, содержащая немитилированные цитозин-гуанин последовательности (CpG)

Эти структуры взаимодействуют со специализированными паттерн-распознающими (PRR) рецепторами на поверхности клеток доиммунного воспаления (макрофаг, дендритные клетки). Основные функции PRR

  • опсонизация
  • активация комплемента
  • синтез провоспалительных цитокинов
  • индукция апоптоза
  • фагоцитоз

К числу PRR относится  CD 14 – один из маркеров клеток миелоидного ряда,  он же рецептор для липополисахаридов (ЛПС) Гр- бактерий. Все более пристальное внимание привлекают к себе TLR – TOLL-подобные  рецепторы («TOLL» – дверной звонок, свидетельствующий о приходе чужих) – представители трансмембранных белков, экспрессированных на клетках МФС и  ДК.

5. Рецепторы для цитокинов –  ИЛ –2 (CD 25), ИЛ-1 (CD 121), ИЛ-6 (CD 126), гормонов, нейромедиаторов.

6. Антигены HLA (главного комплекса гистосовместимости) I класса, впрочем, как и на всех ядросодержащих клетках, кроме того, на активированных макрофагах экспрессируются HLA DR, обеспечивающие процессы распознавания и индукции специфического иммунного ответа.

7. Особо следует отметить наличие на поверхности клеток моноцитарно-макрофагального ряда CD4 («входные ворота» для ВИЧ).

8. Хеморецепторы или рецепторы для хематтрактантов (продукты жизнедеятельности микроорганизмов, цитокины, фрагменты иммуноглобулинов). Взаимодействие хематтрактант – хеморецептор обеспечивает направленное движение клеток –  хемотаксис. Уже в процессе хемотаксиса активируются клетки, усиливаются их метаболизм и функциональная активность, а также экспрессия биологически активных веществ. Таким образом реализуется 1 этап фагоцитоза – свойства,  определяющего и все многообразие функциональных потенций клеток МФС, и их название.

Следующим за хемотаксисом этапом фагоцитарной реакции является адгезия. В основе ее лежит взаимодействие с соответствующими рецепторами, а результатом служит «контактная активация». Объективным лабораторным тестом, позволяющим оценить степень адгезивной активности макрофагов является  метод «распластывания» на стекле, при котором  учитываются размеры и количество клеток, прикрепившихся к стеклу.

Далее происходит погружение присоединившейся к клетке частицы,  образование фагосомы и фаголизосомы – специализированной внутриклеточной гранулы для расщепления патогена. Здесь включаются механизмы внутриклеточного киллинга (убийства). Кислородзависимый механизм данного процесса получил название «кислородный взрыв», так как при этом активируется продукция атомарного кислорода, гидроксильного радикала, перекисей и прочих продуктов частичного восстановления кислорода, обладающих существенной разрушающей активностью. Объективно фиксирует  процесс «окислительного взрыва» методический прием, получивший название НСТ-теста. НСТ – нитросиний тетразолий – краситель, содержащий диформазан, который под влиянием активных форм кислорода восстанавливается в формазан, меняя при этом свой цвет. По интенсивности изменения цвета судят об активности кислородзависимого метаболизма фагоцитирующей клетки. Кислороднезависимый механизм киллинга также весьма важен в реализации эффектов клеток макрофагальной линии, при этом особое внимание последнее время уделяется характеристике азотного метаболизма. Вследствие реализации макрофагами фагоцитарных свойств возможен как полный гидролиз антигена, так и неполный, с представлением  фрагментов антигена на мембране (презентация).

Благодаря фагоцитозу – интегративному процессу деятельности клеток макрофагального ряда – осуществляются такие эффекторные реакции, как бактерицидность и цитотоксичность. При реализации этих свойств макрофаги выступают в роли клеток-мусорщиков, неспецифически защищая от инфекционных агентов, состарившихся и трансформированных собственных клеток, а также обеспечивают доиммунные механизмы защиты (врожденный иммунитет). В то же время без макрофагов и их участия в

  • рецепции,
  • переработке (процессинге),
  • презентации (представлении информации об антигене),
  • цитокиновой регуляции

невозможен запуск и формирование специфической (адаптивной) защиты. Таким образом, макрофаг и инициатор, и регулятор, и исполнитель иммунных реакций. Периодически в литературе появляются публикации, в которых авторы пытаются выделить субпопуляции клеток  МФС. Однако в настоящее время  признана точка зрения о том, что гетерогенность макрофагов – не генетически закрепленный признак, морфологическое и функциональное многообразие этих клеток определяется стадией их дифференцировки (гетерогенность «по вертикали»), местом обитания  (гетерогенность «по горизонтали»), степенью активации (неактивированные, премированные, активированные). В группе вспомогательных, а на самом деле клеток, во многом определяющих развитие специфических иммунных реакций, макрофаги не одиноки. Все более пристальное внимание, все большее число публикаций в настоящее время отводится их союзникам в распознавании и инициации специфического иммунитета –  дендритным клеткам.

ДК – «профессиональные» антигенпредставляющие клетки (АПК). Профессиональные – термин, характеризующий клетки, способные индуцировать иммунный ответ благодаря способности передавать (представлять или презентировать) Т-лимфоцитам два активационных сигнала – информацию об антигене и антигеннеспецифический или ко-стимулирующий сигнал.

Определены 2 состояния ДК – незрелые и зрелые. Незрелые локализованы в местах контакта с чужеродными внешними агентами: в коже и слизистой, маргинальных слоях белой пульпы селезенки. Незрелые дендритные клетки активно поглащают АГ путем фаго- и пиноцитоза. Для этой цели на их поверхности предсуществуют рецепторы распознавания паттернов (PRR, TLR),  опсонинов (FcR, CR). Находясь в местах инвазии инфекционного агента, опухолевого роста или некроза ткани, поглащая АГ, под действием разнообразных факторов микроокружения, ДК созревают и приобретают свойство представлять АГ Т-клеткам и индуцировать специфический иммунный ответ.

Лимфоциты

Ключевым структурным и функциональным элементом иммунной системы является лимфоцит. Морфологически – это округлые клетки диаметром 7-9 микрон с плотным ядром и узким ободком цитоплазмы. Наиболее характерной чертой этой популяции является способность распознавать собственные и чужеродные антигены. Лимфоцит – носитель рецептора для антигена, в случае контакта с которым происходит активация, пролиферация и дифференцировка в эффекторные или регуляторные участники иммунных процессов. В соответствии с

  • Происхождением
  • Этапами созревания
  • Особенностями строения рецептора, распознающего антигены
  • Функциональными возможностями

в настоящее время выделяют 3 популяции лимфоцитов:

Т-лимфоциты – название определено местом созревания и дифференцировки (тимус).

В-лимфоциты, получившие название от  места своего  формирования и развития – bursa (лат) у птиц и bone marrow (англ.- костный мозг) у млекопитающих.

NK – натуральные (нормальные) киллеры или лимфоциты, не несущие антиген – распознающий рецептор.

Несмотря на принципиально различные механизмы формирования иммунных процессов разными популяциями лимфоцитов, долгое время не удавалось найти четких критериев, по которым можно было бы различить эти типы клеток. К 60-м годам прошлого столетия стало ясно, что существуют определенные поверхностные структуры – маркеры, связанные с особенностями функции, этапом развития или функционального состояния. Иначе клеточные маркеры называют клеточными антигенами или рецепторами.

Развитие гибридомной технологии привело к тому, что с помощью моноклональных антител (МкАТ) появилась возможность идентифицировать эти рецепторы. В различных лабораториях были получены моноклональные антитела к одним и тем же антигенам, а авторы присвоили им свои собственные названия. Это привело  к номенклатурной путанице. В 1983 году было созвано первое международное рабочее совещание по характеристике антигенов лимфоцитов человека, на которм предложили объединить  МкАТ в группы (или кластеры), исходя из того, какую антигенную структуру на клеточной поверхности они распознают. Первоначальный смысл  понятия “кластер дифференцировки” или его английская аббревиатура  – CD – это набор МкАТ, которые распознают одну и ту же, строго определенную   структуру на клеточной поверхности.  Со временем понятие приобрело другой смысл, под CD стали подразумевать  структуру клеточной поверхности. Обобщенный анализ известных CD молекул в настоящем этапе развития клинической иммунологии необходим, опираясь на их характеристику, можно определить принадлежность лимфоцита к определенной популяции, стадию дифференцировки, степень активации.  CD – это «фамилия, имя и отчество» лимфоцита. Данные параметры являются неотъемлемым этапом работы  современных иммунологов- аллергологов (см. приложение). С другой стороны, CD-маркеры – это «органы чувств», посредством которых осуществляются межклеточные контакты с целью формирования невосприимчивости к чужеродным антигенам.

Т-лимфоциты: основной чертой является способ распознавания антигена посредством специализированного антигенспецифического  Т-клеточного рецептора (ТКР или TCR –  англ. аббревиатура). ТКР имеет сложную структуру, состоит из 2 полипептидных цепей, в зависимости от их строения выделяют αβ (1 тип) и γδ (2тип) ТКР. Помимо этого Т-клеточный рецептор включает в себя и другие поверхностные молекулы, например, CD3. Именно CD3 принято использовать в качестве основного маркера зрелого Т-лимфоцита.

Т-лимфоциты происходят от ПСКК, в костном мозге формируются ранние предшественники Т-лимфоцитов, которые на стадии преТ-клеток покидают костный мозг и через кровяное русло мигрируют в тимус. Поверхностный репертуар этой стадии характеризуется наличием CD 34 –маркера ПСКК, CD 38 – рецептор, характеризующий промежуточные стадии дифференцировки клеток различных линий, CD 44 – хоминг-рецептор, позволяющий преодолевать базальную мембрану и направленно мигрировать в тимус. Лимфоциты тимуса  называют тимоцитами – это Т-клетки разной стадии дифференцировки. Пре Т-лимфоциты экспрессируют CD2,CD5,CD7 (пан-Т-клеточные маркеры, существующие также и на стадии зрелых внетимусных Т-лимфоцитов). На этом этапе дифференцировки отсутствуют поверхностные CD4 и CD 8 маркеры, что определяет название – стадия двойных негативных Т-лимфоцитов, в отличие от следующей стадии – этапа двойных позитивных Т-лимфоцитов с одновременной экспрессией и CD4, и CD8. Эту стадию также принято называть этапом «позитивной» селекции тимоцитов: выживают только те Т-лимфоциты, которые  способны позитивно отреагировать на сигнал «Я свой», то есть узнать собственные антигены. При этом те тимоциты, которые реагируют с антигенами главного комплекса гистосовместимости 1 класса сохраняют CD8  и теряют CD4, а распознающие антигены HLA II класса сохраняют CD4, но теряют CD8 рецепторы. В то же время происходит выбраковка Т-лимфоцитов, чей ТКР соответствует собственным антигенам, т.е. гибнут аутореактивные Т-лимфоциты – процесс, получивший определение «негативная селекция». В результате остается лишь 2% от исходного количества тимоцитов. Гибель остальных клеток происходит вследствие апоптоза. Поэтому на поверхности клеток в значительной мере экспрессирован CD95R (FAS-R), что служит свидетельством особой чувствительности к действию индукторов апоптоза. Таким образом, в тимусе, на границе коркового и мозгового слоя происходит формирование субпопуляций (типы клеток со специализированными свойствами) Т-лимфоцитов:

  1. Экспрессирующие полноценный Т-клеточный рецептор, распознающий чужеродные антигены в комплексе с антигенами HLA II класса (CD3+CD4+ субпопуляция Т-хелперов-индукторов).
  2. Экспрессирующие полноценный Т-клеточный рецептор, распознающий чужеродные антигены в комплексе с антигенами HLA I класса (CD3+CD8+ субпопуляция цитотоксических Т- лимфоцитов).

По своим основным свойствам тимоциты медулярного слоя идентичны зрелым периферическим Т-клеткам. Поступающие в кровоток лимфоциты становятся частью циркулирующих Т-лимфоцитов. До встречи с антигеном, к которому предсуществует ТКР, Т-клетки экспрессируют изоформу CD45RA и носят название неиммунных или «наивных» Т-лимфоцитов. При контакте с соответствующим Т-клеточному рецептору антигеном, Т-лимфоциты вовлекаются в процесс активации, пролиферации, дифференцировки в функциональные эффекторы –  иммунные Т-лимфоциты или поколение клеток, имевших контакт с антигеном. Для них характерен фенотип CD45R0, высокий процент адгезивных молекул и экспрессия активационных маркеров. По окончании специфической иммунной реакции и элиминации антигена, вызвавшего формирование эффекторных Т-лимфоцитов, в течение нескольких дней гибнет 90% этих клеток, а в циркуляции остаются лишь клетки памяти соответствующей специфичности.

Помимо классических альфа-бетта Т-лимфоцитов существуют Т-лимфоциты, антигенраспознающий рецептор которых имеет другую форму – гамма-дельта. Отличительной чертой этих клеток является преимущественная локализация в эпителиальной ткани (интраэпителиальные Т-лимфоциты), в то время как в периферической крови их не более 10%. Гамма-дельта Т-лимфоциты – это сторожевые клетки эпителиальной ткани, первая линия защиты, занимают промежуточное положение между доиммунными и иммунными механизмами резистентности.

В-лимфоциты. Главным отличительным признаком этой популяции лимфоцитов является присутствие на их поверхности В-клеточного рецептора (BCR). По своей структуре BCR – это мономерный IgМ, встроенный в мембрану клетки. В результате взаимодействия   BCR с соответствующим антигеном, В-лимфоциты дифференцируются в плазматические клетки, секретирующие иммуноглобулины, то есть молекулы, связывающие антигены и называющиеся антителами. Таким образом, В-лимфоциты – это клеточный субстрат гуморального иммунного ответа, заключающегося в выработке специфических антител, способных нейтрализовать антиген. Первая стадия развития или стадия про-В-клеток фенотипически характеризуется появлением CD19 –самого раннего пан В-клеточного маркера.

Следующий этап – пре-пре-В-лимфоциты отличается появлением HLA DR и внутриклеточной (цитоплазматической) формы CD22.

Далее следует пре-В-лимфоцитарная стадия – характерные признаки  – появление таких В-клеточных маркеров, как CD20, CD22, CD72, цитоплазматической формы IgМ.

Стадия незрелых В-лимфоцитов характеризуется присутствием полноценного или зрелого поверхностного IgМ и вспомогательных молекул. На этом этапе происходит селекция или отбраковка потенциально агрессивных аутоклонов, в результате чего гибнет до 90 % незрелых, аутоактивных В-клеток.

Процесс окончательного созревания В-лимфоцитов завершается экспрессией мембранной формы IgD.  IgМ+ IgD+ – основные фенотипические критерии зрелой В-клетки. На этом этапе дифференцировки  В-лимфоциты  током крови переносятся из костного мозга в периферические лимфоидные органы, где и выполняют свои специфические функции. Продолжительность жизни большинства зрелых В-лимфоцитов в В-зависимых зонах без антигенного стимула составляет несколько месяцев. При контакте со специфическим антигеном В-лимфоцит отвечает активацией и дифференцировкой в иммуноглобулин-продуцирующую плазматическую клетку. В настоящее время принято выделять 2 субпопуляции В-лимфоцитов, фенотипически отличающиеся наличием CD5 поверхностного маркера(табл.1).. Основные или так называемые «обычные» В-2 лимфоциты не экспрессируют CD5. Этот поверхностный маркер присутствует на лимфоцитах В-1 фракции,  доля которых в периферической крови составляет не более 20% от общего числа В-клеток. Однако в брюшной и других серозных полостях данный тип В-лимфоцитов доминирует. Эти клетки образуются в костном мозге на раннем этапе онтогенеза,  далее мигрируют в брюшную полость, где и сохраняют способность к самоподдержанию. В1-лимфоциты служат источником естественных аутоантител и играют принципиально значимую роль в формировании аутоиммунной и лимфопролиферативной патологии. В-клетка памяти фенотипически характеризуется экспрессией HLA DR, IgA, IgG, IgE (но не IgM и IgD), а также CD 19,20,21,40.

Таблица 1. Характеристика субпопуляций В-лимфоцитов. (А.А.Ярилин, 1999г.)

Признаки и свойства Субпопуляция      В1 Субпопуляция    В2 (“обычные” В-клетки)
Происхождение                    (у взрослых) Из сальника, самопод- держиваются в брюшной полости Из костного мозга
Локализация Преобладают в брюшной полости и миндалинах.    В крови, селезенке (маргинальная зона), ЛУ – 25-35% В крови, селезенке (фолликулы), ЛУ – 65-75%
Маркеры CD5+IgM+IgD+ CD45+CD23IL-5R+ CD5-IgM+IgD+ CD45+CD23+IL-5
Селекция клонов Нет Есть
Класс образуемых антител IgM, IgA IgM, затем IgG и другие классы
Аффинитет антител Низкий, не повышается в процессе ответа Повышается (“созревает”) в процессе ответа
Аутоареактивность Есть Нет

Как уже отмечалось, в периферическом пуле лимфоцитов присутствует фракция, лишенная и Т, и В клеточных рецепторов – NK. Впервые эти клетки были описаны морфологически как большие гранулярные лимфоциты (БГЛ), способные в условиях in vitro спонтанно (без предварительной индукции иммунитета) убивать клетки, трансформированные опухолевым ростом или инфицированные вирусами. Позже выяснилось, что БГЛ не единственная форма NK, морфологически они могут выглядеть и как малые лимфоциты.

Дифференциация NK осуществляется из общего лимфоидного предшественника, поэтому эти лимфоциты в определенной степени похожи на Т-клетки, в частности, наличием общего поверхностного маркера CD2, общих «ростовых» факторов (ИЛ-2, ИЛ-1), сходным механизмом разрушения  клетки – мишени. В то же время принципиально важным отличием является отсутствие специализированных рецепторов, механизм распознавания ориентирован лишь на измененное свое. NK составляют 10-15% от всего числа лимфоцитов периферической крови. Морфологически  – это  клетки  до 15 микрон в диаметре, с плотностью ниже, чем у малых лимфоцитов. В первую очередь данное свойство определяется наличием в цитоплазме NK большого количества гранул. В их составе перфорин – белок, образующий поры в мембране клеток-мишеней и гранзимы – ферменты, индуцирующие апоптоз клеток – мишеней. Особенностью NK является тот факт, что эти клетки, в отличие от Т или В лимфоцитов не рециркулируют между лимфой и кровью, находятся лишь в кровяном русле, а также в таких органах, как печень, слизистые оболочки. Весьма значительно представлены в селезенке, существующие микроокружение в которой создает оптимальные условия для завершения их развития. Основное функциональное предназначение NK лимфоцитов определяется их цитотоксической активностью по отношению к собственным клеткам с измененной антигенной структурой. Это так называемая функция иммунологического надзора. Помимо этого, NK- мощные производители цитокинов, таких как фактор некроза опухоли (ФНО), ИЛ-8 и т.д. Под действием ряда цитокинов, в первую очередь ИЛ-2, повышаются функциональные параметры NK, связанные с их литической активностью, формируются ЛАК (лимфокин-активированные киллеры). К стимулирующим функцию NK также относят ИФН-гамма, ИЛ-12. Маркерами натуральных киллеров признаны CD56 и CD57 –  адгезивные молекулы, необходимые для реализации наиболее тесного контакта с клетками-мишенями. Среди поверхностных рецепторов NK, во многом определяющих их свойства, следует отметить FcR 3-его типа  – CD 16. Клетки, несущие данный маркер,  составляют  субпопуляцию К-клеток:   CD16+ CD56+, их до 75 % в периферической крови. Посредством CD16 осуществляется антителозависимая клеточная цитотоксичность – АЗКЦ. В этом случае клетки-мишени покрыты (опсонизированы) антителами. Истинные NK осуществляют антителонезависимый лизис – безусловные убийцы – они обладают возможностью лизировать клетки лишь по причине их генетической чужеродности. CD16 CD56+ субпопуляция NК преобладает в печени, слизистых, в периферической крови их принципиально меньше. Кроме перечисленных маркеров, на NK экспрессировано большое количество интегринов – рецепторов межклеточного взаимодействия. Таким образом, в фило- и онтогенезе данная система защиты появляется раньше, чем реакции, обусловленные Т и В лимфоцитами, ответственными за адаптивный иммунитет. Содержание основных популяций и субпопуляций лимфоцитов приведены в табл.2.

Таблица 2. Нормальные показатели содержания в крови взрослого человека основных популяций и субпопуляций лимфоцитов (Филатов А.В. 2004)

Антиген Процент от числа мононуклеаров, М+./-m
CD2 80±7
CD3 72±7
CD4 39±5
CD8 23±4
CD11b 21±6
CD16 12±6
CD19 9±6
CD20 9±6
CD23 3±3
CD25 0
CD38 23±6
CD45 100
CD45RA 64±10
CD54 22±8
CD72 9±6
CD95 52±11
HLA-DR 14±7

1.4Основные представления об иммуногенетике

Современная клиническая иммунология – наука, углубившаяся до изучения процессов, происходящих на молекулярном уровне. Одним из сложных, но необходимых для понимания современного клинического иммунолога феноменом является иммуногенетика. Иммуногенетика – относительно новая наука, ее основанием следует считать 1936 год. Открытие главного комплекса гистосовместимости человека (а было это в 1958 году и  связано с именем французского исследователя G.Dausset) положило начало клинической иммуногенетике. В настоящее время иммуногенетика человека сосредоточена в основном вокруг двух больших разделов:

  • -генетика групповых антигенов эритроцитов (система АВО, резус, минорные системы)
  • -генетика антигенов лейкоцитов, называемая также антигенами тканевой совместимости (ГКГС), аббревиатура английского варианта названия  – МНС (Major Histocompatibility Complex) У человека этот комплекс генов носит название системы  HLA (Human Leukocyte Antigen).

ГКГС – одно из самых трудных понятий, причиной тому может быть оторванность названия от природного предназначения этих структур. Функции системы гораздо шире, чем реализация  лишь процессов трансплантологии. HLA  принадлежит существенная роль

  • в определении предрасположенности человека к заболеваниям
  • в репродукции потомства
  • в продолжительности жизни людей.

Главный комплекс гистосовместимости  (ГКГС) человека (система HLA) представляет собой комплекс генов, при этом гены основных локусов имеют свое представительство на поверхности клетки в виде антигена   HLA. Эти гены сами по себе и через кодируемые ими продукты (антигены) выполняют ряд важных биологических функций:

  • генетический контроль силы иммунного ответа
  • взаимодействие различных клеток в динамике формирования иммунного ответа
  • регуляцию эмбриогенеза

Антигены  ГКГС – генетический (иммунный) паспорт, стоящий  на охране человеческого вида. Структурно гены ГКГС (или HLA гены) расположены на коротком плече 6 пары хромосом человека.

В соответствии с современными представлениями гены HLA делятся на 3 класса:

I класс – гены областей (или локусов), поименованные буквами латинского алфавита: А В, С (классические, в отличием от открытых недавно локусов E, F, G).

II класс- это    D – фрагмент или область, который в свою очередь состоит из нескольких сублокусов:  HLA DR, HLA DQ , HLA DР. Недавно были обнаружены еще два гена – DMA и DMB, расположенные между HLA-DP и HLA-DQ. Функция генов локуса DM заключается в обеспечении корректного транспорта молекул II класса из эндоплазматического ретикулума и стабильного связывания альфа-бета гетеродимеров со специфическими пептидами

III класс – полиморфные гены, кодирующие синтез компонентов комплемента, пропердинового фактора и др.

При открытии, изучении и идентификации каждому гену и соответствующему антигену определяется порядковый номер. В случае, когда  данные не полные, перед порядковым номером ставят символ «w» (workshop).

Несмотря на сравнительно короткий период изучения системы HLA, она является на сегодняшний день самой хорошо изученной генетической системой не только в геноме человека, но и у млекопитающих в целом. Во многом этому способствовал беспрецедентно высокий уровень научной кооперации в исследовании HLA, где даже не принято патентование результатов. Один из основателей современной иммуногенетики Ж. Доссе в своей Нобелевской речи назвал изучение HLA самым ярким примером гуманитарного сотрудничества в истории человечества.

Ранее существовала возможность изучать полиморфизм HLA только на уровне белковых молекул (HLA – антигенов), экспонированных на мембранах клеток. В последние годы появилась возможность исследования HLA на качественно новом молекулярно-генетическом уровне при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР). Принципиальным отличием новых методов явилось использование в качестве объекта исследования непосредственно генетического материала (участков ДНК, определяющих аллельный полиморфизм системы HLA).

Результатом этого стало заметное увеличение количества известных аллелей HLA – со 150 в 1991 году, 472 в 1998 году до примерно 1500 (данные на январь 2002 года) аллелей. Из них около 900 – аллели HLA I класса, 600 – II класса. Наиболее полиморфны локусы HLA-B и DRB1 – 501 и 316 аллелей соответственно. При этом среди вновь открытых аллелей установлены аллели чрезвычайно высокого уровня ассоциации с заболеваниями (Алексеев и др., 2003).

Антигены HLA –А, В, С, HLA DR, HLA DQ  выявляются серологически в стандартном микролимфоцитотоксическом тесте по Терасаки. Иммунные сыворотки с четко установленной HLA-специфичностью получают от женщин с повторными беременостями или путем искусственной иммунизации добровольцев, в последнее время – с помощью моноклональных антител. Внедрение в исследование системы HLA метода ПЦР позволило выявить новые субтипы антигенов. Поэтому в настоящее время применяют четырехзначное обозначение антигенов системы гистосовместимости, например,  HLA А0201.

Антигены I класса- А, В и С  экспрессированы на всех ядросодержащих клетках организма. HLA I класса необходимы для  взаимодействия не только между иммунокомпетентными клетками,  но и  для обеспечения контакта между всеми другими клетками,  вплоть до взаимодействия нейрон-синапс. Структура молекул I класса устроена таким образом, что позволяет презентировать (представлять) на поверхность клеток пептиды, которые несут информацию о всех эндогенных белках конкретной клетки, как нормальных, так и измененных в результате мутации или модификации вирусами или любыми внутриклеточными паразитами. Данный комплекс: пептид – антиген HLA I класса – необходим для контакта с CD8+ Т-лимфоцитами. Учитывая тот факт, что «классические» HLA I класса представлены на всех клетках, становится понятным, насколько важен подобный цензорный механизм контроля антигенного постоянства организма.

Функции молекул II класса специализированы и строго связаны с иммунным ответом. Гены II класса HLA системы – это гены иммунного ответа – IR (Immune Response) – гены, отвечающие за реализацию и силу иммунного ответа.

Антигены II класса обеспечивают взаимодействие ИКК между собой и представлены на МФ, ДК, В-лимфоцитах. При воздействии некоторых цитокинов, например ИФН-γ, молекулы HLA II класса экспрессируются и на других клетках, таких как эпителиальные и эндотелиальные, Т-лимфоциты. Антигены HLA II представляют пептиды экзогенных антигенов, подвергшихся деградации в лизосомах. Образующийся комплекс HLA II+пептид транспортируется на поверхность клеток и представляется для распознавания Т-лимфоцитам-хелперам.

Таким образом,

  • функциональная активность Т и В-лимфоцитов,
  • киллерная активность NK,
  • поглотительно-метаболическая активность фагоцитов,
  • уровень иммуноглобулинов –

являются наследственными факторами и находятся в ассоциативной связи с определенными HLA-антигенами. Например, для носителей HLA В 8, DR 3 и А 2, В12 характерен сильный иммунный ответ, а для HLA В7, В18, В35 – слабый. Генетически детерминированные различия в силе иммунного ответа не меняются в течение жизни. Иммуногенетические возможности организма определяют возможное начало, течение и исход патологических процессов.

Следующее направление иммуногенетики определяются постулатом: гены, кодирующие антигены гистосовместимости, связаны с предрасположенностью к определенным заболеваниям. К настоящему времени описано более 200 заболеваний на предмет повышенной экспрессии того или иного антигена. Для большинства из них найдены ассоциативные связи различной степени выраженности. Исключение составляют антигены В27, для которого с анкилозирующим спондилоартритом выявлена самая сильная ассоциация из всех ныне существующих. Редкость сильных ассоциативных связей между АГ ГКГС и заболеваниями можно объяснить с помощью концепции вымирания в процессе отбора особей с низкой резистентностью организма к патологическим факторам. Поэтому не удивительно, что практически при всех патологических состояниях, которые подвергались исследованию, выявлены слабые ассоциативные  связи. Тем не менее, установленные закономерности вполне можно использовать для определения степени риска возможных заболеваний у каждого человека. При этом важное значение приобретает изучение HLA-антигенов, характерных для того или иного заболевания в совокупности с клиническими, биохимическими, иммунологическими критериями. Это значительно повышает прогностическую ценность антигенов ГКГС в развитии различных болезней. Следует помнить, что развитие (при наличии определенной предрасположенности) конкретного заболевания зависит от воздействия окружающей среды. Неблагоприятные факторы могут ускорить или усилить прогрессирование болезни, их отсутствие – отменить или изменить течение болезни. При выявлении иммуногенетических маркеров заболеваний следует учитывать национальный состав обследуемых групп людей.

Другим немаловажным постулатом является тот факт, что простое присутствие определенных HLA-антигенов в фенотипе не приводит к развитию заболевания точно также как и отсутствие этих антигенов не является гарантией невозможности возникновения болезни. Тем не менее, наличие HLA-ассоциированных заболеваний говорит о том, что антигены ГКГС играют решающую, а не случайную роль в развитии болезни. Пример – установлено увеличение частоты гаплотипа А1, В8, DR3 у больных с аутоиммунными заболеваниями. Механизм этих процессов определяется значительным снижением супрессорной функции Т-лимфоцитов и высоким иммунным ответ на стимуляцию поликлональными антигенами( табл.3).

Таблица 3. HLA-зависимые болезни (Г.Н.Дранник, 2003)

Заболевание Антиген, на который развивается иммунный ответ HLA
Целиакия Альфа-глиадин DR3; DR7
Синдром Гудпасчера Коллаген базальной мембраны клубочков почки DR2
Болезнь Грейвса Тиротропный рецептор DR3; DR5
Зоб Хашимото Тироглобулин DR3; DR5
Инсулинзависимый сахарный диабет Декарбоксилаза глутаминовой кислоты (ДГК-65 и ДГК-67); инсулиновый рецептор; тирозин-фосфатаза IA-2 альфа и IA-2 бета DR3; DR4
Рассеянный склероз Основной белок миелина DR3; DR4
Тяжелая миастения Рецептор к ацителхолину DR3
Болезнь Бехтерева Неизвестен B27
Синдром Рейтера Неизвестен B27
Пернициозная анемия Н+/К+АТФаза; внутренний фактор DR5
Нарколепсия Неизвестен DR2
Системная склеродермия ДНК-топоизомераза; РНК-полимераза DR5
Псориаз вульгарный Неизвестен DR7
Ревматоидный артрит Fc-фрагмент Ig; коллаген; кальпастатин DR7; DR21
Ювенильный ревматоидный артрит Fc-фрагмент Ig; коллаген DR5;
Системная красная волчанка Двуспиральная ДНК DR3; DR2
Витилиго Тирозиназа DR4
Герпетиформный дерматит Неизвестен DR3
Пузырчатка обыкновенная «Ре – V антигенный комплекс» DR4; DRw6 Fc-фрагмент Ig; коллаген;

Многие исследователи не обнаружили взаимосвязи между возникновением злокачественных новообразований и антигенами ГКГС. В то же время существует огромное количество работ, свидетельствующих о повышенной частоте встречаемости тех или иных антигенов при различных опухолевых процессах. Более значимый момент – это количественная экспрессия антигенов ГКГС. Установлено, что гетерозиготы более жизнеспособны и устойчивы, чем гомозиготы. Полная потеря экспрессии АГ I класса («лысые» клетки) ведет к развитию онкозаболеваний – карциномы, меланомы, лимфомы. Вирусные онкогены, такие как папилломавирусы, могут уменьшать экспрессию АГ I класса. С другой стороны, чрезмерная экспрессия антигенов II класса может стать причиной индукции аутоиммунной патологии. Научиться влиять на эти процессы – возможность решения проблем онкозащиты и аутоагрессии.

Иммуногенетика беременности – совместимость супругов по нескольким антигенам ГКГС может вызывать возникновение спонтанных абортов, токсикозов. Совпадение по 3 и более АГ определяет неблагоприятный акушерский анамнез, а нормальное развитие плода обусловлено степенью антигенного различия родителей. На основании HLA- типирования возможно установление отцовства, материнства, замены детей. В мировой практике судебно-медицинской экспертизы спорного отцовства широко применяется обследование родителей по антигенам I класса ГКГС исходя из следующих постулатов:

–  наследование антигенов HLA-А,В,С происходит по аутосомно-доминантному признаку

–  антигены HLA- А,В,С представляют собой постоянные иммуногенетические маркеры, полностью сформированные к моменту рождения ребенка и неизменные в течение всей жизни .

–  определение антигенов  HLA-А, В, С на лимфоцитах периферической крови с помощью стандартного микролимфоцитотоксического теста является относительно простой, хорошо отработанной и воспроизводимой методикой (достоверность исключения отцовства составляет 99,94%)

Одним из значительных достижений теоретической  и клинической медицины на сегодняшний день является аллогенная трансплантация. Установлено, что основная роль в развитии реакции отторжения трансплантата принадлежит HLA-антигенам. Основная цель подбора пар донор-реципиент состоит в устранении несовместимости по наиболее активным антигенам. Подбор 1 донора, идентичного реципиенту по антигенам HLA А, В, С, DR  теоретически возможен из 40 тысяч обследованных

–  Совместимость по антигенам I класса не оказывает заметного влияния на выживаемость трансплантата в течение 5 лет

–  Идентичность донора и реципиента по HLA DR локусу увеличивает 5-летнюю выживаемость в 2 раза

–  HLA-системе принадлежит двойная роль в судьбе трансплантата: совместимость по HLA способствует длительному приживлению трансплантата, но индуцирует другие механизмы иммунного повреждения (например, аутоиммунную патологию)

Развитие любого заболевания происходит в результате взаимодействия экзогенных и эндогенных факторов. Наличие генетической предрасположенности к какому-либо заболеванию не обязательно должно привести к развитию этой патологии у человека. Важное влияние на развитие патологического процесса оказывают разнообразные внешние факторы. Поэтому на основании HLA-фенотипа можно рекомендовать определенный образ жизни, климатические условия, профессию, которые могли бы избежать воздействия внешних факторов, способствующих возникновению определенного патологического процесса.

1.5. Антигены

Первоначально термин АНТИГЕН (от английского antibody generator) применяли для обозначения любой молекулы, индуцирующей образование  антител. В настоящее время этот термин имеет более широкий смысл и характеристика антигена осуществляется с 2 позиций

  • генетически чужеродный агент, участник иммунного процесса
  • биологический маркер организма (существуют такие понятия как антигены эритроцитов, лимфоцитов, генетические маркеры).

АНТИГЕНАМИ называю вещества или те формы веществ, которые несут признаки генетической чужеродности и способны индуцировать на себя иммунный ответ в виде выработки специфических антител и (или) иммунных Т-лимфоцитов.

Главные  свойства, определяющие вещество как антиген: Антигенность (иммуногенность) и специфичность.

Антигенность или иммуногенность – способность индуцировать иммунный ответ, т.е. быть доступными для распознавания лимфоцитами. При этом Т-лимфоцит  с αβ- типом Т-клеточного рецептора способен распознать АГ только после его контакта и обработки в антигенпредставляющих клетках, когда он становится «видимым». Иммуноголобулины   распознают, то есть связывают антигенные  детерминанты и на нативных, непереработанных антигенах. Процедура попадания АГ в организм называется иммунизация, а второе название АГ – иммуноген. Иммуногенность зависит от свойств антигена, дозы, способа введения, а также от индивидуальных особенностей реципиента. Основные свойства АГ, определяющие его иммуногенность:

  • ЧУЖЕРОДНОСТЬ. Если вещество не несет генетически чужеродной информации для данного организма, то антигеном  быть не может, это свойство заложено в самом названии .
  • Структура антигена – или конформационные особенности –пространственное расположение различных структур одной молекулы.. В результате тепловой обработки происходит изменение конформации молекул и усиление его иммуногенных свойств. Конформационные изменения собственных молекул, например, IgG,  способствуют появлению иммуногенного эффекта и формированию анти IgG-антител, развитию аутоиммунных процессов.
  • Доза  введения АГ играет существенную роль в развитии иммунного ответа.
  • МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА Чем больше масса молекулы, тем более она иммуногеннна. Повышение полимерности белков сопровождается повышением их иммуногенности. Установлено, что вещества с относительно низкой молекулярной массой (менее 1 тысячи дальтон) – моносахариды, аминокислоты, липиды  неиммуногенны, крайняя граница – 8-10 килодальтон.

Малые дозы вызывают слабый иммунный ответ, средние – нормальный, большие – способствуют формированию толерантности ТОЛЕРОГЕННОСТЬ – свойство антигена не воспроизводить иммунный ответ.

Антигенная специфичность – способность взаимодействовать с продуктами иммунных реакций (антитела, специфические Т-лимфоциты). Антитела взаимодействуют с определенной областью молекулы антигена, названной эпитопом. Один антиген может иметь несколько различных или повторяющихся эпитопов. Антитела специфичны именно к эпитопам, но не ко всей целостной молекуле антигена.

В зависимости от наличия или сочетания иммуногенности и специфичности все АГ делятся на

ПОЛНОЦЕННЫЕ – обладают  двумя характеристиками одномоментно, а именно – обеспечивают и запуск иммунного ответа, и взаимодействие с продуктами иммунных реакций.

НЕПОЛНОЦЕННЫЕ антигены  или ГАПТЕНЫ – не обладают способностью вызывать иммунный ответ самостоятельно, но взаимодействуют с продуктами иммунных реакций. Таким образом, характеризуются лишь одной из двух основных функций. Свойство полноценного антигена приобретают лишь при соединении с крупномолекулярными веществами –носителями или адъювантами.

Классификации:

1.По способности включать в иммунный процесс разные популяции лимфоцитов антигены делятся на тимусзависимые и тимуснезависимые. Большинство природных антигенов являются  Т- зависимыми, то есть при форировании иммунного ответах необходимо участие клеток Т-ряда. Т-независимые антигены характеризуются многократным повторением одинаковых антигенных детерминант (эпитопов) и способны включать В-клетки к производству специфических антител без участия Т-лимфоцитов-хелперов. Однако в этом случае синтезируются лишь иммуноглобулины класса М и не формируются клетки памяти.

2.  По химической природе

Белки. Например, белки сыворотки, микробные токсины и белковые комплексы – компоненты клеточных мембран, антигены группы крови системы АВО

Полисахариды –  в первую очередь – капсулы бактерий

Фосфолипиды – клеточные стенки бактерий

3. По происхождению

Природные

Модифицированные

Синтетические

Неорганические соединения (бром, йод)

Металлы (никель).

4. В  практическом варианте антигены  классифицируют в соответствии с теми свойствами, которые важны для конкретного прикладного аспекта.

Например, аллергологи классифицируют антигены (аллергены) в соответствии с источниками происхождения и путями проникновения в организм – пищевые, пыльцевые, бытовые и.т.д.

Микробиологи классифицируют АГ микроорганизмов в соответвсвии с таксономической классификацией последних – видо-, типо-, субтипо специфичные.

Трансплантологи выделяют  тканевые антигены, которые  далее классифицируются как аллоантигены – общие в пределах одного биологического вида, ксеноантигены – АГ другого биологического вида, сингенные – АГ генетически тождественных организмов, например, АГ однояйцевых близнецов.

Классифицируют также

Постоянно присутствующие – нормальные или естественные антигены, такие как АГ АВО, ГКГС, а также антигены так называемых «забарьерных» органов и тканей,  которые в процессе эмбриогенеза были недоступны для контакта, поэтому при нарушении биологичексих барьеров  могут стать причиной   возникновения аутоимунной патологии.

Временно присутствующие АГ – эмбриональные, патологические (холодовые, лучевые, ожоговые, белки теплового шока), АГ беременности, периода лактации и т.д.

В последние десятилетия появился новый термин – суперантигены, относящийся к некоторым белкам микробного происхождения, их особенность – поликлональная стимуляция лимфоцитов. К таким антигенам относят энтеротоксин стафилококка, ВИЧ, вирус Эпштейна-Барр и т.д.

Таким образом, вне зависимости от области изучения и особенностей характеристики и классификации, основные характеристики антигена – иммуногенность  и специфичность, то есть способность вызывать иммунный ответ со всеми присущими ему признаками. При этом всегда следует помнить, что развитие специфических иммунных реакций зависит не только от антигена, но и от «иммунокомпетентности» организма. К примеру, известно позитивное действие вакцин, обеспечивающих профилактику инфекционных заболеваний, но тем не менее стандартные вакцины не могут исправить несоответствие гена иммунного ответа какому-либо конкретному антигену и не будут одинаково подходить всем и каждому, несмотря на абсолютную полноценность антигена.

1.6. Антитела

Антитела– эффекторные продукты специфического иммунного ответа по гуморальному типу, синтезируются плазматическими клетками, образующимися при дифференцировке В-лимфоцитов.

Антитела – это особые растворимые белки с определенной биохимической структурой (иммуноглобулины), которые присутствуют в сыворотке крови и других биологических жидкостях, и которые организм вырабатывает для связывания антигенов. Международная аббревиатура иммуноглобулинов – Ig. Заглавная латинская буква рядом   обозначает один из пяти существующих у всех млекопитающих классов иммуноглобулинов – М, А, G, E, D. Последующая арабская цифра обозначает субкласс. Субклассы есть лишь у иммуноглобулинов класса G  – G 1,2,3,4 и  Ig А – A1,  А2. Классы и подклассы, вместе взятые, называют изотипами. Таким образом, классов иммуноглобулинов 5, а изотипов  – 9.

В 1959 R. Porter подверг Ig G кролика протеолизу и получил 3 фрагмента, два из них были одинаковыми и сохраняли способность связывать антиген – Fab – (fragment antigen binding). Третий фрагмент отличался от первых двух и имел свойство легко кристаллизоваться, он был обозначен как Fс. Впоследствии стало известно, что Fс фрагменты иммуноглобулинов в пределах одного изотипа у конкретного индивида строго идентичны  и независимы от специфичности. За это постоянство их впоследствии и стали называть константными. Основной структурной единицей иммуноглобулинов является комплекс, состоящий их двух идентичных легких (Light)  и двух тяжелых (Heavy) полипептидных цепей. Цепи Ig свернуты в глобулярные структуры, называемые доменами. Легкие цепи образуют по 2 домена. Тяжелые – 4 или 5, в зависимости от класса иммуноглобулина. Концевые области цепей составляют вариабельный и константный участки. Вариабельный участок образует 2 антигенсвязывающих центра. Все, что ниже вариабельных участков, называеся С (константной) областью. Классы иммуноглобулинов отличаются друг от друга по структуре тяжелых цепей, эти цепи, в зависимости от класса обозначены строчными буквами греческого алфавита для A –альфа, Ig М –мю, IgG –гамма, IgD –дельта, IgЕ –эпсилон.

Следует отметить 2 основные функции, присущие каждому иммуноглобулину

Во-первых, это  блокирование антигена посредством активных центров (участвуют Fab –фрагменты).

Во-вторых,  удаление антигена, то есть осуществление эффекта элиминации (реализуется Fc фрагментом). Fc фрагменты иммуноглобулинов обеспечивают  взаимодействие комплексов АГ- антитело с «санирующими» структурами, то есть с клетками, обеспечивающими деструкцию и удаление АГ из организма. Для этого существуют Fc рецепторы для иммуноглобулинов различных классов на поверхности макрофагов, лимфоцитов, нейтрофилов, эозино- и базофилов, тучных клеток, NK. Взаимодействуя с Fc областью иммуноглобулина, рецепторы стимулируют фагоцитоз, противоопухолевую активность, дегрануляцию тучных клеток.

В качестве типичной иммуноглобулиновой молекулы можно рассматривать молекулу Ig G. На долю Ig G приходится до 80% всех иммуноглобулинов сыворотки. Концентрация IgG возрастает при инфекционных заболеваниях, болезнях печени, аутоиммунной патологии. Ig G, связывая соответствующие им по специфичности антигены, образуют иммунные комплексы и через Fc-гамма рецепторы адсорбируются на фагоцитах, которые их и расщепляют. Возможен и вариант фиксации антигенраспознающего участка Ig G к инфицированным клеткам,  при этом через Fc фрагмент происходит контакт с NK клетками, индуцирующими апоптоз клетки-мишени.

Ig М у человека представлен пентамером, то есть состоит из 5 классических четырехцепочечных единиц. Субъединицы пентамера соединены дисульфидными связями между доменами. При этом в молекуле этого иммуноглобулина имеется добавочная пептидная J – цепь (от англ Joint – связь). Эта цепь и связывает конечные цистеины на С-концах тяжелых цепей. Ig М первым появляется и в процессе эволюции, и в период внутриутробного развития, и при формировании первичного иммунного ответа на антиген. В сыворотке составляет 10-15% от общего количества Ig. Активирует комплемент, через плаценту не проникает. Обеспечивает защиту от бактериальных инфекций. IgM в составе иммунных комплексов фиксируют  C3b, C4b компоненты комплемента, для них на поверхности эритроцитов существуют рецепторы. Связав образовавшиеся иммунные комплексы – антиген-иммуноглобулин-комплемент, эритроциты транспортируют их в печень и селезенку, где происходит поглащение макрофагами.

Ig А в сыворотке составляет до 20% от общего количества иммуноглобулинов. Представлен мономером, однако в секреторных жидкостях (слеза, слюна, молозиво, кишечный сок и т.д.) – димер,  состоящий из 2 классических молекул, объединенных J цепью. Секреторный вариант иммуноглобулина А имеет еще одно дополнительное образование – секреторный компонент (CК). Cекреторный компонент синтезируется не в плазматических клетках, как все компоненты иммуноглобулинов, а в эпителиальных. При прохождении димера Ig А, удерживаемого J связью, через эпителиальный покров, происходит присоединение СК. Существует 2 изотипа Ig А. Преобладающим подклассом иммуноглобулина А как в сыворотке, так и в секретах является  А1 (90 и 95% соответственно). Однако в просвете толстой кишки около 60% IgА составляют подкласс IgА2. Следует подчеркнуть важность присутствия Ig А в молозиве и грудном молоке, защищающего новорожденного от патогенов. Ig А активирует комплемент по альтернативному пути, обладает способностью нейтрализовывать бактерии и вирусы. При нарушении биоценоза слизистой нейтрализующая функция иммуноглобулина А секретов резко снижается. Дефицит IgА способствует развитию хронического воспаления и аллергических заболеваний.. Низкие концентрации Ig А  в крови не означают, что организм продуцирует Ig А  меньше, чем иммуноглобулины других классов. Димеры IgA «пытаются» перехватить антигены еще во внешней среде, не дав им проникнуть во внутреннюю. Кроме того, на эозинофилах существуют рецепторы для IgA, через которые они связывают IgA с соответствующим антигеном. В этом случае эозинофил начинает синтезировать белковые токсины, обладающие антигельминтной активностью – IgA-опосредованная АЗКЦ.

IgD составляет менее 1%  всех иммуноглобулинов сыворотки. Его физиологическая функция изучена недостаточно, но известно, что мембранный IgD вместе с  Ig М являются критерием зрелости В-лимфоцитов. Предполагается роль IgD в формировании местного иммунитета, дифференцировке лимфоцитов.

IgЕ состоит из более крупных тяжелых цепей, содержащих не 4, а  5 доменов. Прежде всего, IgЕ – это поверхностный клеточный рецептор. В сыворотке он пребывает транзиторно при передвижении от плазматических к тучным клеткам и базофилам. Принципиально важна роль в антигельминтной защите. В работах последних лет появились сообщения о том, что IgЕ более чем на 90 % секретируются в слизистый экзосекрет  ЖКТ. Высокоафинные рецепторы для IgE присутствуют на тучных клетках, базофилах, связывание через этот рецептор комплекса IgE-антиген приводит к дегрануляции медиаторов, что формирует сосудистые реакции, спазм бронхов, ЖКТ и т.д. Кроме того, на эозинофилах присутствуют низкоафинные R Fс-эпсилон-2, через этот рецептор происходит  формирование комплекса:  антиген-иммуноглобулин Е- эозинофил. Типичный антиген для инициации IgE ответа – гельминты. Эозинофил, вступивший в подобную связь, синтезирует белковые токсины, убивающие гельминтов (IgЕ опосредованная АЗКЦ).

Существенным и уникальным свойством антител, отличающим их от других иммуноглобулин-подобных структур, является способность взаимодействия с цельными (нативными или необработанными) АГ. Следовательно, не требуется время на предварительную обработку и эффекторная функция осуществляется немедленно. Антитела – единственный фактор безотлагательной защиты организма, например, от сильных ядов

Сродство между антигеном и соответствующим ему антителом количественно и качественно характеризуют такими понятиями, как аффинность и авидность. Сила химической связи одного антигенного эпитопа с одним из активных центров молекулы иммуноглобулина называют аффинностью.

Силу связи цельной молекулы антитела со всеми, которые ей удалось связать, антигенными эпитопами, называют авидностью .

Молекулы иммуноглобулина одной и той же специфичности по антигену присутствуют в организме   в трех формах:

–   растворимой (кровь и другие биологические жидкости)

–   на мембране В-лимфоцита в составе рецептора для антигена – BCR

–    в связи с клетками, но не в трансмембранном варианте, а связанными за Fc – фрагмент  Fc-рецептором клетки.

Каждый единичный В лимфоцит оказывается способным к синтезу единственного варианта антитела по признаку своего BCR. В динамике иммунного ответа, по мере дифференцировки В-лимфоцитов происходит переключение синтеза изотипов иммуноглобулинов, но остается неизменной специфичность, то есть структура антигенсвязывающего центра. Вся совокупность В-лимфоцитов организма способна синтезировать около 10 в 16 степени вариантов разнообразных по специфичности АТ. Каждому единичному В-лимфоциту и его дочерним лимфоцитам (клону) на роду написано обслужить некоторое множество антигенов. Продолжительность жизни большинства зрелых В-лимфоцитов составляет без антигенной стимуляции несколько месяцев. Продолжительность жизни плазматической клетки –4-7 суток.

1.7. Взаимодействия клеток в динамике формирования иммунного ответа.

Сам факт установления необходимости последовательного взаимодействия клеток в динамике иммунного ответа является одним из принципиально важных достижений современной иммунологии. В 1966 году H.N. Glaman первым пришел к этому выводу, основанному на экспериментах с линейными (без антигенных различий) мышами и продемонстрировал необходимость участия клеток как Т, так и В ряда в формировании гуморального иммунного ответа. В 1968 г. D.Mosier и A. Coppleson, отрабатывая условия культивирования иммунокомпетентных клеток   in vitro выявили еще одного участника в реакциях формирования  полноценного иммунного ответа –  антигенпредставляющие (вспомогательные) клетки. Совокупность полученных данных послужила основой формирования представлений о трехклеточной системе кооперации. В настоящее время роль каждого участника системы межклеточного взаимодействия определена довольно четко.

Первый этап определяется возможностями вспомогательных клеток – макрофагов и ДК. Их функция состоит в захвате антигена (здесь следует вспомнить о паттернраспознающих рецепторах – PRR), его переработке и приведению в иммуногенной форме на свою поверхность (презентация).

Следующий этап – распознавание антигена. Для этого антиген представлен на поверхности презентирующей вспомогательной клетки в контексте с антигенами HLA II класса. В этом случае контакт CD4 поверхностного рецептора Т-лимфоцита с антигенами  HLA обеспечивает сигнал «Я свой», необходимый для последующего взаимодействия антигена и  соответстующего ему Т-клеточного рецептора. Распознавание «чужого через свое» или «измененное свое» – один из основных постулатов современной клинической иммунологии. Передача информации о характере антигена, то есть взаимодействие антиген – ТКР – это так называемый  специфический сигнал (или приказ) о необходимости действия. Однако полноценного иммунного ответа не произойдет без создания условий для его выполнения. Эти условия обеспечиваются цитокинами, продуцируемыми антигенпредставляющими клетками: ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО. Кроме того, в случае исходного поглощения патогенов через паттерн-распознающие рецепторы и особенно при контакте с ТOLL -подобными рецепторами резко усиливается экспрессия костимулирующих  молекул на поверхности антигенпредставляющих клеток, что обеспечивает максимально близкий контакт между вспомогательными и антигенраспознающими клетками и служит условием формирования полноценного иммунного ответа.

В случае формирования иммунного ответа по гуморальному типу следующий этап межклеточного взаимодействия состоит в контакте между  ТКР и ВКР одинаковой специфичности, то есть Т-лимфоцит – хелпер передает информацию об антигене В-лимфоциту, реализуя таким образом специфический сигнал. Источником неспецифического сигнала также являются CD4 Т-клетки. Они продуцируют спектр цитокинов для трансформации В-клетки в плазматическую, синтезирующую антитела. В том случае, когда формируется иммунный ответ по клеточному типу,

Т-лимфоцит хелпер взаимодействует с соответствующим по структуре ТКР цитотоксическим Т-лимфоцитом. Соответствующие цитокины, продуцируемые  CD4+ Т-клетками-индукторами, создают условия для формирования иммунного ответа по клеточному типу. В этом случае образуется клон цитотоксических CD8+Т-лимфоцитов, направленных на разрушение клеток-мишеней. Вся совокупность описанных последовательных реакций определяется как «Двухсигнальная система трехклеточной кооперации формирования специфического иммунного ответа» (Р.В.Петров, 1983). При этом необходимо участие

Трех типов клеток

  • Вспомогательных (антигенпредставляющих)
  • Индукторных (распознающих чужеродную субстанцию и запускающих иммунный ответ)
  • Эффекторных (реализующих иммунную реакцию, удаляя чужеродный антиген посредством антител  или специфических цитотоксических Т-лимфоцитов)

И двух вариантов сигналов

  • Специфического (информация о характере антигена)
  • Неспецифического  (продукция цитокинов, определяющих  условия для реализации специфического сигнала).

Таблица 4. Этапы развития иммунного ответа  (Игнатьева Г.А.,2003)

Иммунный    =  ответ Первичное узнавание 

чужого рецепторами клеток доиммунного воспаления (PRR,TOLL, BCR) Развитие доиммунного воспаления. →

Представление комплексов МНС с пептидом 

Т-лимфоцитам. Рас-познавание Т-лимфоцитами по-врежденного «своего»    →

Развитие иммуного ответа (пролиферация лимфоцитов и продукция ими провоспалительных цитокинов и иных эффекторных молекул) → Миграция иммунных лимфоцитов в ткани, пораженные патогеном; развитие там иммунного воспаления; деструкция тканей, повреденных патогеном

Существенное значение в теории иммунологии имели работы, посвященные расшифровке механизмов формирования иммунитета по гуморальному или клеточному типу в зависимости от типов Т-индукторов. В последнее время стало очевидным существование, по крайней мере, 4 типов Т-хелперов, обозначаемых как Th0,Th1, Th2, Th3. «Внешне», то есть по фенотипической характеристике, эти клетки не отличаются или, по крайней мере, в настоящее время неизвестны отличительные мембранные структуры, однако типы лимфоцитов-хелперов различны по набору секретируемых ими цитокинов. При этом для Th0 характерна слабая «следовая» секреторная активность и эти клетки готовы трансформироваться в Th1 или  Th2 типа. В том случае, если в качестве антигена выступают вирусы и любые микроорганизмы с внутриклеточным паразитизмом,  макрофаги в ответ на стимуляцию антигеном помимо перечисленных выше «основных» цитокинов – ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО, продуцируют ИЛ-12. Этот медиатор, воздействуя на Th0, стимулирует их к выработке ИЛ-2 и ИФН-γ, что и обеспечивает трансформацию  Th0 в Th1. Кроме того, ИЛ-12 макрофагального происхождения ингибирует переход Th0 в Th2. Итак, Th1становятся источником ИЛ-2, ИФН-γ, ФНО. Эти медиаторы служат неспецифическим сигналом (необходимым условием) пролиферации цитотоксических Т-клеток и формирования иммунного ответа по клеточному типу. Под влиянием Th1 также в небольшой степени формируется продукция антител, в основном IgG2, необходимых в реализации АЗКЦ.

В случае, если антиген представлен аллергенами, гельминтами, внеклеточными микроорганизмами, прежде всего кокковой природы, в процессе их переработки АПК не продуцируется ИЛ-12, а вырабатывают лишь ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО. В отсутствие ИЛ-12 происходит дифференцировка Th 0 в Th2. Образовавшиеся Th2 проявляют себя как хелперы для продукции В-лимфоцитами Ig всех классов. Основным медиатором выступает ИЛ-4, запуская иммунный ответ по гуморальному типу, обладает способностью ингибировать синтез макрофагального ИЛ-12. Помимо ИЛ 4, Th2 продуцируют ИЛ-10 (ингибитор синтеза ИФН-γ), ИЛ-5, ИЛ-13, ИЛ-3.

Таким образом,  характер антигена определяет судьбу иммунного ответа. В зависимости от вида антигена формируется тот или иной тип цитокиновой реакции, обеспечивающий дифференцировку Th.(табл.5). Что касается Th 3, то в литературе данных об этом варианте Т-хелперов немного, однако известно, что они продуцируют трансформирующий фактор роста (ТФР-β), супрессирующий функцию как Th1, так и Th2.

Таблица 5. Типы Т-хелперов и их связь с системой цитокинов (А.А.Ярилин,1999)

Тип Т-хелперов Секретируемые цитокины Ответ на действие цитокинов
Th0 ИЛ-2, слабо – ИЛ: 3,4,5,6,10,13, ИФНg, ФНО a и b, ГМ-КСФ ИЛ-12 и ИФНg индуцирует раз- витие в направлении Th1,   ИЛ-4 и ТФРb – в направлении Th2
Th1 ИФНg, ИЛ-2, ФНО a и b, ИЛ-3, ГМ-КСФ, хемокины ИЛ-2 – фактор роста,                ИЛ-10 – ингибитор
Th2 ИЛ: 4,5,6,9,10,13,3, ГМ-КСФ, хемокины ИЛ-2 и ИЛ-4 – факторы роста, ИФНg и ИЛ-10 – ингибиторы

В заключение следует уделить внимание существованию промежуточных иммунных реакций, получивших свое название в связи с тем, что они развиваются не по механизму доиммунной защиты и не по принципу лимфоцитарных иммунных реакций. Эти реакции определяются функциональными возможностями следующих типов клеток (Игнатьева Г.А., 2003):

  • NK – на их поверхности отсутствуют антигенраспознающие рецепторы, однако экспрессированы особые структуры, взаимодействующие с HLA I класса
  • внутриэпителиальные лимфоциты  с ТКР гамма-дельта.
  • В1-лимфоциты брюшной и плевральной полостей

Эти лимфоциты не пролиферируют после связывания антигена, но в них быстро продуцируются эффекторные молекулы. Ответ не слишком специфичный, однако, наступает быстрее, чем истинно лимфоцитотропный, но иммунной памяти нет.

1.8. Гормоны и медиаторы иммунной системы

Еще до открытия роли Т- и В-лимфоцитов в формировании специфических иммунных реакций, то есть в начале 60-х годов прошлого века, стало известно, что особые вещества, выделяемые из тимуса и названные гормонами, оказывают корригирующее действие при некоторых формах иммунодефицитов.

Гормоны и медиаторы иммунной системы – это субстанции, обеспечивающие процессы

  • Созревания и развития иммунокомпетентных клеток (ИКК)
  • Взаимодействия ИКК между собой
  • Взаимодействие ИС с другими системами организма

Гормоны – производные тимуса и костного мозга, выработка которых происходит без антигенного стимула

Медиаторы – сложный динамический комплекс белков крови, секретов ИКК, регулирующих  функции не только ИКК, но и  других клеток организма. К медиатором следует относить и цитокины.

Цитокины – более узкое понятие, гуморальная составляющая межклеточных взаимодействий в иммунной системе.

Гормоны тимуса.

Тимозин (фракция 5), состоит из полипептидов различной молекулярной массы, представленных

  • продуктами разрушения тимоцитов
  • веществами, которые  продуцируют тимоциты
  • истинные гормоны, секрет эпителиальных клеток тимуса.

Тимозин – 5, формирует лимфоцитоз, стимулирует антителообразование, противоопухолевый иммунитет.

Тимопоэтин. Известны 2 его фракции, отличные по аминокислотным последовательностям. Истинный иммуномодулятор, способный в зависимости от исходного функционального уровня подавлять или активировать Т-клетки, не имея непосредственного воздействия на В-лимфоциты.

Тимический гуморальный фактор (ТГФ) – полипептид, обладает стимулирующей активностью в отношении Т-клеток. Механизм действия общий для пептидных гормонов и опосредован эффектами аденилатциклазы.

Тимулин, он же сывороточный тимический фактор (СТФ). Выделен из сыворотки крови, у человека в норме его уровень после 20 ле снижается, а к 50 годам исчезает полностью. В синтезе этого фактора обязательно участие цинка.

В настоящее время благодаря различным биотехнологическим приемам  из тимуса получен ряд иммунологически активных веществ: Т-активин, тималин, тимоптин, тимопоэтин. Эти факторы способны повышать качество Т-лимфоцитов и их функциональную активность, способствуют трансформации незрелых клеток в зрелые, стимулируют распознавание Т-зависимых антигенов, хелперную и киллерную активность, повышают выработку интерфероноф (ИФН), интенсифицуруют фагоцитоз, неспецифическую резистентность,  процессы регенерации тканей.

Миелопептиды или пептиды костного мозга – синтезируются клетками костного мозга, не имеют аллогенного (внутри вида) или ксенногенного (различные виды) ограничения. Представляют собой комплекс пептидов, не способных самостоятельно индуцировать иммунный ответ, но обладающих иммунорегуляторными свойствами. Мишенями их эффектов являются лимфоциты и макрофаги. Помимо этого, миелопептиды обладают опиатоподобной активностью, вызывают анальгетический эффект, связываются с опиатными рецепторами мембран лимфоцитов и нейронов, участвуя, таким образом в нейроиммунном взаимодействии. В настоящее время в составе миелопептидов выделено и охарактеризовано несколько классов пептидов.

Цитокины (ЦК) – факторы полипептидной природы, не относящиеся к иммуноглобулинам, синтезируются лимфоидными и не лимфоидными клетками, обладают прямым действием на функциональную активность иммунокомпетентных клеток . ЦК не способны самостоятельно индуцировать иммунный ответ, но обеспечивают его регуляцию. Цитокины – это медиаторы межклеточных взаимодействий при иммунном ответе, гемопоэзе, воспалительных реакциях, осуществляют эффекторные функции реакций иммунитета и служат связующим звеном между иммунной и другими системами организма. В 1979 году на международном симпозиуме была сформулирована концепция и принципы классификации интерлейкинов. Проблема цитокинов находится в центре внимания практически всех медицинских дисциплин, при этом особые надежды возлагаются на возможное лечебное использование ЦК или их антагонистов.

Цитокины – это «эсперанто»  в межклеточном общении, так как

  • одинаковые цитокины продуцируются клетками разной тканевой дифференцировки.
  • рецепторы для одноименных цитокинов экспрессируются на различных клетках.

Посредством ЦК и их рецепторов клетки не только «говорят» друг с другом, но и  «могут быть услышаны» друг другом. Цитокины  лимфоцитов обеспечивают взаимодействие лимфоцитарного иммунитета с другими системами резистентности.

В настоящее время приято выделять следующие группы цитокинов

1. Интерлейкины – секреторные белки иммунной системы, обеспечивают взаимодействие ИКК между собой и связь иммунной системы с другими системами организма.

2. Интерфероны –  открыты как продукты инфицированных вирусом клеток, отсюда и название: Interfere  with – мешать (репликации вирусов). Несмотря на общее родовое название, между известными типами ИФН есть существенные различия.

3.Факторы некроза опухоли (ФНО) – цитокины с выраженным цитотоксическим и регуляторным эффектом. Описаны ФНО-α и ФНО-β, он же  лимфотоксин.

4.Колониестимулирующие факторы (КСФ) – обеспечивают рост и направленную дифференцировку стволовой кроветворной клетки.

5.Хемокины – необходимы для направленного движения лейкоцитов, хемоаттрактанты.

6. Факторы роста – полипептиды, обеспечивающие рост, дифференцировку, функциональную активность клеток различной тканевой принадлежности, в связи с чем выделяют фактор роста фибробластов, фактор роста нервов и т.д., отдельно представлен трансформирующий фактор роста – ТФР.

Несмотря на существующие различия, связанные со строением, биологической активностью, цитокины обладают общими свойствами:

  • это полипептиды со средней молекулярной массой (не более 30 кД)
  • вырабатываются клетками иммунной системы и некоторыми другими клетками в ответ на активацию
  • участники иммунных и воспалительных реакций
  • регулируют их силу и длительность
  • секреция цитокинов занимает крайне малый временной промежуток
  • их синтез всегда начинается с транскрипции генов
  • вырабатываются в крайне низких концентрациях (пг/мл)
  • одни и те же цитокины продуцируются различными типами клеток –феномен избыточности (например, ИФНγ продуцируется и Тh1, и цитотоксическими лимфоцитами (ЦТЛ), и NK)
  • одни и те же ЦК действуют на различные клетки-мишени – плейотропность (ИФН-γ обладает стимулирующей активностью в отношении ЦТЛ, моноцитов-макрофагов, NK, угнетает активность Тh2)
  • свои эффекты все цитокины опосредуют через рецепторы на клетках-мишенях. Связывание цитокином комплиментарного рецептора приводит к реализации соответствующего эффекта (активация, пролиферация, дифференцировка  или гибель клетки)
  • цитокины действуют по принципу сети. Так, они могут работать

1) согласованно – синергизм действия, когда эффект является результатом совестного действия нескольких цитокинов (например, провоспалительный эффект, обусловленный ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО-α или синтез IgE, опосредуемый совместными эффектами ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-13).

2)      каскадно – одни цитокины обеспечивают синтез других (например, без ИЛ-12 нет продукции ИФН-γ)

3)     антагонистично (ИЛ-4 ингибирует синтез ИФН-γ, ИЛ-12 препятствует выработке ИЛ-4 и т.д.)

  1. a. Цитокиновая регуляция  функций  клеток-мишеней осуществляется

1. Аутокринно – цитокин воздействует сам на себя: клетка- продуцент цитокина в этом же цитокине  нуждается. Так, макрофаги – продуценты и потребители ИЛ-1, а ИФН-γ, продуцируемый Тh1, необходим для его полноценного функционирования.

2.Паракринно – наиболее часто осуществляемый принцип, клетка – продуцент находится в контакте с клеткой-мишенью. В качестве примера можно привести взаимодействие между АПК и Тh 0, Тh1-ЦТЛ.

3.Эндокринно – в результате эффект цитокинов реализуется на расстоянии от места его продукции, через систему циркуляции. В частности, пирогенные эффекты ИЛ-1 обеспечиваются его взаимодействием с соответствующими рецепторами в гипоталамической области.

В настоящее время клетки-продуценты, собственно цитокины, а также их антагонисты, специфичные для них рецепторы на клетках-мишенях объединены в единую систему – систему цитокинов.

При этом выделяют 3 группы клеток-продуцентов цитокинов.

  • Стромальные соединительнотканные клетки, вырабатывают цитокины, ответственные преимущественно за гемопоэз
  • Моноциты-макрофаги, в основном продуцируют цитокины —медиаторы воспаления
  • Лимфоциты – их цитокины способствуют развитию антигенспецифического иммунного ответа.

Биологические эффекты основных цитокинов приведены в табл.6,7.

Таблица 6. Биологические эффекты основных цитокинов (Л.В. Ковальчук,1999)

Клетки-продуценты          цитокинов

Спектр цитокинов

Биологические эффекты

1)      Лимфоциты: 

Т-хелперы(CD4+)

Th0

 

 

Th1

 

 

Th2

 

ИЛ-2, ИФ-γ, ИЛ-3, ФНО-β, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-3, ИЛ-10, ИЛ-13.

 

ИЛ-2, ИФ-γ, ИЛ-3, ФНО-β.

 

ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-3, ИЛ-10, ИЛ-13

 

 

 

 

Т-клеточный иммунный ответ (на вирусные и внутриклеточные АГ)

 

 

Гуморальный иммунный ответ

(на аллергены, гельминты и некоторые бактериальные АГ)

Т-цитоксические (CD8+

 

Естественные киллеры

ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-10, ФНО-α, ИФ-γ 

ФНО-бетта, ИЛ-1, ИФ-γ, ГМ-КСФ

Цитоксическая активность 

 

 

 

Цитоксическая активность

2) Фагоциты и дендритные клетки: ИЛ-1,ФНО-α, ИЛ-6, ИЛ-8, ИФ-α, ТФР-β, М-КСФ, ИЛ-12, ГМ-КСФ, Г-КСФ Индукция иммунного ответа, воспаление, регенерация.
3)Клетки, не относящиеся к иммунной системе: 

а) клетки соединительной ткани

б) эндотелий

в) эпителий

 

 

 

ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-11, ГМ-КСФ, М-КСФ, Г-КСФ

ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-7, ФНО-α

 

 

 

Пролиферация и дифференцировка гемопоэтических клеток.

Таблица 7. Системные проявления (синдромы) токсического действия цитокинов (А.А.Ярилин,1999)

Название синдрома Основные проявления Описан при введении: Цитокины, участвующие в реализации
Гриппоподо-бный синдром Недомогание, потеря аппетита, тошнота, утомляемость,адинамия, мышчные боли ИФНa, ИФНg, ГМ-Г-КСФ, ИЛ-1,2,3
Синдром протекания капилляров Повышение проницае- мости капилляров, по- теря жидкой части кро- 

ви,жажда,отеки (в т.ч.- отек легких)

ИЛ-2, ГМ-КСФ ФНОa, ИЛ-1, хемокины
Синдром, подобный септическому шоку Падение кровяного дав- ления, лихорадка, мета- болич.ацидоз, диссеми- 

нированная внутрисосу- дистая коагуляция без бактеремии

ФНОa, ИЛ-1 ФНОa, ИЛ-1, ИЛ-6

В основе патогенеза многих заболеваний лежит активация цитокинового каскада, который включает с одной стороны провоспалительные, а с другой – противовоспалительные медиаторы (табл.8,9). Баланс между двумя оппозитными группами во многом определяет характер течения и исход патологического процесса. Возможность управления цитокиновым балансом рассматривается в настоящее время как точка приложения терапевтических средств при лечении различных заболеваний.

Таблица 8. Провоспалительные цитокины (А.А. Тотолян, И.С. Фрейдлин, 2000)

Цитокин Продуцент Основные эффекты
Интерлейкин 1 (ИЛ-1) Моноциты, макрфаги и др. Индуцирует лихорадку. Повышает: продукцию гепатоцитами острофазных белков, продукцию и секрецию других цитокинов теми же или другими клетками, пролиферацию фибробластов и др. клеток, экспрессию интегринов на эндотелиальных клетках, хемотаксис гранулоцитов.
Интерлейкин 6 ( ИЛ-6) Моноциты, макрофаги, Т-лимфоциты Индуцирует синтез острофазных белков гепатоцитами, лихорадку. Ингибирует полиферацию и активацию макрофагов.
Интерлейкин 8 (ИЛ-8) Моноциты, макрофаги и др. Индуцирует хемотаксис и дегрануляцию гранулоцитов, экспрессию адгезионных молекул, усиливает ангиогенез
Интерлейкин 12 (ИЛ-12) Моноциты, макрофаги, В-лимфоциты Активирует естественные киллеры, их пролиферацию и продукцию ими гамма-интерферона, способствует дифференцировке Th0 в Th1
Интерлейкин 18 (ИЛ-18) Моноциты, макрофаги и др. В кооперации с IL-12 стимулирует продукцию IFN-гамма, экспрессию FasL на ЕК и Th1, способствует дифференцировке Th0 в Th1
Фактор некроза опухоли (ФНО-α) Моноциты, макрофаги и др. Индуцирует лихорадку, лейкоцитоз, анорексию, кахексию, септический шок синтез острофазных белков гепатоцитами, экспрессию адгезионных молекул на эндотелиальных клетках, продукцию и секрецию ряда цитокинов. Активирует гранулоциты, моноциты, макрофаги. Оказывает цитоксическое действие на некоторые клетки-мишени
Интерферон α (ИФН-α) Моноциты, макрофаги, гранулоциты. Активирует естественные киллеры. Повышает экспрессию МНС 1 класса. Ингибирует продукцию IL-12 и IFN-гамма при вирусной инфекции
Моноцитарный хемотаксический протеин (МСР-1=MCAF) Моноциты, опухолевые клетки, фибробласты, эндотелиальные клетки Обладает селективной хемотаксической активностью по отношению к моноцитам, усиливает цитостатическую противоопухолевую активность человеческих моноцитов, секрецию  им лизосомных ферментов и продукцию супероксидных радикалов

 

Таблица 9. Противовоспалителдьные цитокины (А.А. Тотолян, И.С. Фрейдлин, 2000)

Цитокин Продуцент Основные эффекты
Интерлейкин 10 (ИЛ-10) Макрофаги, Т-лимфоциты Ингибирует функции моноцитов, макрофагов, продукцию ими супероксидных и нитроксидных радикалов, продукцию провоспалительных цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, Г-КСФ, ГМ-КСФ, ФНО-альфа, ИФН-гамма) разными клетками. Усиливает продукцию ИЛ-1ра активированными макрофагами
Трансформирующий ростовой фактор  (ТФР-β) Моноциты, макрофаги, Т-лимфоциты Ингибирует активацию моноцитов, макрофагов, пролиферацию естественных киллеров и их цитотоксическую функцию, но активирует фибробласты и способствует процессам заживления ран

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Учебник ревматологии
плечевой сустав

Сомали

Астрологический ревматологический прогноз на май 2018