Микобактерии: устойчивость к внешним неблагоприятным факторам
В ходе эволюции микобактерии туберкулеза выработали различные механизмы преодоления или инактивации неблагоприятных факторов внешней среды. Во-первых, это мощная клеточная стенка. Во-вторых, это обширные метаболические возможности. Они способны инактивировать многие клеточные токсины и вещества (различные перекиси, альдегиды и другие), разрушающие клеточную оболочку. В-третьих, это морфологическая пластичность, заключающаяся в трансформации микобактерий (образование L-форм , дормантных клеток ). По своей устойчивости, после спорообразующих бактерий, они занимают лидирующее место в царстве прокариот.
Возбудитель сохраняет свою жизнеспособность в сухом состоянии до 3 лет. При нагревании микобактерии туберкулеза могут выдерживать температуру существенно выше 80*С. На сегодняшний день считают, что микобактерии туберкулеза, находящиеся в мокроте, остаются жизнеспособными при открытом кипячении последней в пределах 5 мин.
Микобактерии туберкулеза устойчивы к органическим и неорганическим кислотам, щелочам, многим окислителям, а также к ряду антисептических и дегидратирующих веществ, оказывающих губительное действие на другие патогенные микроорганизмы. Микобактерии проявляют устойчивость к воздействию спиртов и ацетона.
Отмечено, что средства на основе четвертичного аммония не проявляют противотуберкулезной активности В определенных условиях концентрации радикалов хлора и кислорода до 0,5% также не оказывают губительного действия на микобактерии туберкулеза. Это подразумевает невозможность использования подобных средств для стерилизации мокроты и других инфицированных биологических материалов ( табл. 5-1 ).
Микобактерии туберкулеза нечувствительны к рассеянному солнечному свету и могут более года существовать во внешней среде без потери жизнеспособности. Коротковолновое ультрафиолетовое изучение оказывает универсальное бактерицидное действие на все микроорганизмы. Однако в реальных условиях, когда микобактерии туберкулеза находятся во взвешенном состоянии в виде клеточных агломератов с пылевыми частицами, их устойчивость к ультрафиолетовому излучению возрастает.
Высокая выживаемость микобактерий туберкулеза способствует чрезвычайно широкому распространению этой инфекции среди населения независимо от климатических условий. Однако не только это способствует глобализации проблемы - микобактерии туберкулеза могут длительно персистировать в организме человека и реактивироваться через неограниченные промежутки времени.
Локализация микобактерии туберкулеза внутри макрофагов обеспечивает достаточную субстратную стабильность, учитывая "долгожительство" мононуклеарных фагоцитов и длительность репликации микобактерий, а также изоляцию от эффекторов гуморального иммунитета. В то же время возбудитель выбирает биотоп, который из-за потенциальной опасности неприемлем для большинства микроорганизмов. Этот симбиоз обеспечивается целым рядом приспособительных механизмов микобактерий.
Процесс поражения макрофага и паразитирования в нем выглядит следующим образом: проникновение микобактерий в макрофаг без его активации; подавление образования фаголизосом или трансформация их в зону, комфортную для бактерий; прорыв из фагосом в цитоплазму с инактивацией антимикробных факторов; вмешательство в жизнедеятельность клетки; ослабление чувствительности макрофагов к активирующим сигналам Т-лимфоцитов ; снижение антигенпредставляющей функции макрофагов и сопряженное с этим ослабление реакций цитотоксических Т-лимфоцитов, настроенных на уничтожение зараженных клеток.
Безусловно, в обеспечении этого важную роль играют особенности клеточной стенки, а также метаболические и функциональные возможности. При первом контакте с микобактериями иммунные системы макроорганизма не способны подключить гуморальный иммунитет , быстро обезвредить и элиминировать клетку из организма, так как подвижные алифатические цепи микобактериальной стенки не дают возможности провести оценку поверхностных структур возбудителя и передать соответствующую информацию для синтеза необходимого набора антител.
Высокая гидрофобность микобактерий обеспечивает неспецифические, т.е. независимые от рецепторов, контакты с макрофагами. Образуя вокруг клетки микобактерии фагосому, макрофаг помещает ее внутри себя. Поверхностные микозидные и липоарабиноманнановые комплексы могут распознаваться рецепторами, однако запускаемые через них сигналы не активируют или слабо активируют макрофаги. Вследствие этого фагоцитоз не сопровождается выделением свободнорадикальных форм кислорода и азота. Считают, что в большей степени это характерно для вирулентных штаммов М. tuberculosis , которые благодаря структурным особенностям липоарабиноманнана , инициируют "неагрессивный" фагоцитоз. В распознавании М. tuberculosis принимают участие и другие рецепторы макрофагов, в частности CD14 и рецепторы СЗ-компонента комплемента ( CR1 , CR3 , CR4 ).
Проникнув внутрь макрофага, микобактерия включает ряд механизмов, препятствующих образованию фаголизосомы: продуцирование аммония, который защелачивает среду внутри фагосомы, синтез сульфолипидов, ведущий к формированию отрицательного заряда на поверхности фагосомы, что препятствует слиянию фагосомы и лизосомы.
Если все же фаголизосома образовалась, микобактерия благодаря мощной восковой оболочке способна погасить свободнорадикальные реакции, вызываемые бактерицидными веществами фагоцитов. Аммоний защелачивает среду, блокируя активность лизосомальных ферментов, а сульфолипиды нейтрализуют мембранотропные катионные белки. Кроме того, микобактерии туберкулеза продуцируют высокоактивные ферменты с каталазной и пероксидазной активностью, которые конкурируют с пероксидазными системами макрофагов, и одновременно инактивируют гидропероксиды лизосом. Все это повышает устойчивость микобактерий к оксидантному стрессу.
Дальнейшая адаптация микобактерий состоит в использовании железосодержащих соединении макрофагов для своих ферментных систем и блокирования иммуноспецифических функций макрофагов. Макрофаги являются одним из главных резервуаров железа , избыток которого накапливается в виде ферритина. Содержание железа в альвеолярных макрофагах в 100 раз выше, чем в моноцитах крови, что, безусловно, содействует их колонизации микобактериями туберкулеза.
Токсическое действие на макрофаги микобактерии осуществляют посредством эндотоксинов и неспецифических факторов. И те, и другие поражают в первую очередь дыхательную систему макрофагов - митохондрии . К эндотоксинам относят миколовые арабинолипиды, которые угнетают дыхание митохондрий. К неспецифическим токсинам относят продукты синтеза липидной части клетки микобактерии - фтиеновые и фтионовые кислоты , которые вызывают разобщение окислительного фосфорилирования. Усиление метаболических процессов в этих условиях не сопровождается должным синтезом АТФ. Клетки хозяина начинают испытывать энергетический голод, что приводит к угнетению их жизнедеятельности, а в дальнейшем к цитолизу и апоптозу.
Не исключено, что некоторые факторы патогенности образуются только внутри зараженных клеток, как это происходит у других бактерий, предпочитающих внутриклеточный образ жизни. Например, сальмонеллы , паразитируя внутри макрофагов, дополнительно экспрессируют более 30 генов. Несмотря на полное описание генома микобактерии туберкулеза, 30% кодонов имеют отношение к белкам с неизвестными свойствами.
Смотрите также:
