Микоплазменная инфекция: воздействие на культуры клеток
Микоплазмы в клеточной культуре - не просто досадная помеха, а фактор, ведущий к ложной интерпретации результатов и возможной потере культуры. Микоплазмы способны изменять различные свойства культивируемых клеток. Природа воздействия микоплазм зависит от вида и штамма микоплазм, а также от типа инфицированных клеток. Особенности биологической и биохимической активности микоплазм разных видов определяют специфику их воздействия на инфицированные клетки, в том числе степень цитопатических эффектов (ЦПЭ). Например, многие виды рода Mycoplasma вызывают ЦПЭ, тогда как другие не оказывают значительных воздействий подобного рода (поэтому такие контаминации в принципе не обнаруживаются длительное время). Для цитопатогенного действия микоплазм характерен очень широкий диапазон: от практически незаметных морфологических изменений клеток до явных картин конденсации хроматина, изменений морфологии хромосом, агрегации ядрышек и других проявлений апоптоза, вплоть до разрушения или полного лизиса клеток.
Прикрепление микоплазм к клетке хозяина может приводить к изменению или нарушению целостности ее мембраны ( Rottem, Barile, 1993 ). Прикрепившись к клеточным мембранам, микоплазмы вызывают нарушения функционирования мембранных рецепторов. При этом микоплазмы высвобождают на клеточную мембрану токсичные ферменты и цитолитические метаболиты. Некоторые микоплазмы избирательно колонизируют районы клеточного монослоя, приводя к формированию микроколоний, микроповреждений, а также появлению небольших участков некроза. Микрокодонизация предполагает, что клетки с микоплазмоспецифичными рецепторами локализованы в определенных районах клеточного монослоя. Однако некоторые микоплазмы (например, Mycoplasma hyorhinis ) прикрепляются к каждой культивируемой клетке, вызывая ЦПЭ и разрушения всего монослоя. Причинами повреждающего действия микоплазм считаются конкуренция за компоненты питательной среды и индукция окислительного взрыва , сопровождающаяся гиперпродукцией активных форм кислорода ( Kahane, 1984 ), а также (в случае микоплазм, разлагающих аргинин) выделение ионов аммония.
Разные микоплазмы с разной степенью интенсивности потребляют глюкозу, аргинин, нуклеотиды и нуклеозиды, витамины и другие компоненты питательной среды. Даже простое обеднение среды этими веществами должно влиять на метаболизм и функции культивируемых клеток, но в результате утилизации глюкозы или аргинина микоплазмами происходит еще и закисление или защелачивание среды, что приводит, как минимум, к угнетению роста культивируемых клеток.
Недостаток аргинина в среде вызывает хромосомные аберрации (разрывы, множественные транслокации) и в отсутствии микоплазм. Это может быть связано с нарушением синтеза гистонов, богатых аргинином ( Sasaki et al., 1984 ). Обладая активными нуклеазами, микоплазмы могут непосредственно вмешиваться в метаболизм нуклеиновых кислот эукариотной клетки. Так, для M. orale было показано, что концентрация дезоксиаденозина в среде значительно возрастала при заражении клеток этой микоплазмой. После утилизации микоплазмой дезоксиаденозин превращался в рибонуклеотид, который затем обнаруживали включенным в РНК ( McGarrity et al., 1984 ).
In vitro микоплазмы способны вызывать кластогенный эффект, но попытки индуцировать образование опухолей у животных посредством инфицирования их микоплазмами оказались безуспешными. Более того, выяснилось, что микоплазмы могут ингибировать вирусную трансформацию в клеточных культурах, инфицированных известными онкогенными вирусами (например, M. orale подавляет вирусы саркомы Рауса и Раус- ассоциированные вирусы в культуре фибробластов эмбриона цыпленка).
Микоплазменные инфекции влияют на множество параметров клеток в культуре. В свою очередь и инфицированные клетки влияют на метаболизм микоплазм. Так, эукариотные клетки могут стимулировать устойчивость микоплазм к антибиотикам. Например, устойчивость микоплазм (M. hominis, Acholeplasma laidlawii) к фторхинолонам и тетрациклинам оказывается различной для микоплазм в аксеничных культурах и в сочетании с клетками HeLa. Предполагается, что в тандеме клетка-хозяин-микоплазма имеет место взаимопроникновение метаболических путей ( Говорун, 2000 ). Следствием этого могут быть изменения уровня синтеза белков и РНК, состава клеточной мембраны (благодаря экспрессии рецепторов и других поверхностных антигенов клетки), появление хромосомных аббераций ( Полянская, 2000 ), индукция или активация экспрессии цитокинов, а также изменение пролиферационных параметров, вплоть до полной остановки деления клеток и гибели культуры.
В зависимости от условий культивирования, природы клеточной линии и вида микоплазмы все названные изменения клеточных культур проявляются в разной степени и могут приводить к ложной интерпретации результатов, получаемых при исследовании клеточных культур, инфицированных микоплазмами (см. обзор: McGarrity et al., 1992 ).
Смотрите также:
