Михаил Супотницкий - Микроорганизмы, токсины и эпидемии

3а последние годы у многих грамположительных бактерий, вызывающих болезни животных и растений, были обнаружены высококоннсервативные системы III типа [Gijsegem F., 1995]. Они ответственны за транспортировку эффекторных молекул непосредственно из цитоплазмы к клеточной поверхности, где эти молекулы взаимодействуют с клетками макроорганизма и изменяют функционирование их белков таким образом, чтобы способствовать выживанию и репликации бактерии [Michiels Т. et al., 1990]. Секреция эффекторных белков системой III типа происходит непосредственно после контакта возбудителя инфекционной болезни с клеткой хозяина (в отличие от систем I и II типов). Поэтому ее можно назвать контактзависимой секрецией [Galbn J., 1996]. Из возбудителей, использующих III тип секреторной системы, лучше всего изучена Yersinia pestis, вызывающая чуму, а также некоторые энтеропатогены (семейств Yersinia, Salmonella, Shigella и ЕРЕС), вызывающие как диарею, так и системные инфекции. Из-за того, что секретируемые бактериями эффекторные молекулы могут поражать различные цели, эти системные инфекции могут проявляться различными синдромами [Salyers A., Whitt D., 1994]. Представители семейства Yersinia используют для этих целей эффекторные молекулы, разрушающие ключевые функции иммунных клеток и делают их «безвредными» для себя [Cornelis G., 1992]. В опытах на культурах клеток было установлено, что Yersinia секретируется примерно 10 типов эффекторных молекул и, по крайней мере, 3 из них инъецируются в клетки-мишени [Rosqvist R., 1994]. Два типа — Yop E и Yop H, модифицируют белки макрофагов и нарушают способность макрофагиальных клеток нейтрализовать действие этих эффекторных молекул, что позволяет Yersinia «процветать» в ретикулоэндотелии.

В отличие от эффекторных молекул семейства Yersinia, блокирующих нормальные клеточные функции, эффекторные молекулы Shigella и одной из сальмонелл с III типом секреции, побуждают клетки к осуществлению ими функций, не являющихся для них обычными [Mecsas J., Strauss E.J., 1996].

«Острова патогенности» могут включать несколько различающихся фрагментов (табл. 2). Например, нестабильный участок ДНК, протяженностью 102 кб, отвечающий за вирулентность возбудителя чумы, включает несколько самостоятельных регионов. Один содержит ген накопления гемина — его G+C состав аналогичен G+C составу хромосомы чумного микроба. У другого региона, содержащего гены, кодирующие рецептор иерсиниобактина и железорегулирующего белка, процентное содержание G+C значительно выше характерного для хромосомы Y. pestis в целом. Весь 102 кб участок может быть делетирован у возбудителя чумы. Но делеция может захватить и только один из генов участка [Mecsas J., Strauss E.J., 1996]. В геноме другого представителя семейства — Y. enterocolitica, представлен только регион, кодирующий рецептор иерсиниобактина и железо-регулирующего белка [Fetherston J., 1992]. У других бактерий, например, Helicobacter pylori, строение «островов патогенности» еще сложнее [Mecsas J., Strauss E.J., 1996].

Нестабильность, как и наоборот, стабильность «островов», видимо не случайность в проявлении бактерией патогенности. Эти свойства способны создать бактерии дополнительные адаптивные преимущества. Высокая вирулентность может оказаться невыгодной бактерии на определенной стадии инфекционного процесса. Нестабильность же «островов патогенности» будет способствовать координированному снижению вирулентности всей популяцией возбудителя инфекции. Делеция «островов патогенности» может усилить экспрессию других, рядом расположенных, генов [Ritter A., 1995].

С другой стороны, отдельные факторы вирулентности являются адаптивными для бактерий. По этой причине они должны кодироваться на стабильных «островах патогенности». «Чужеродность» «островов» придает даже большую стабильность факторам вирулентности. Чужеродная ДНК, интегрировавшаяся с хромосомой, не вовлекается в рекомбинацию с ДНК близкородственных микроорганизмов, поэтому она может длительно поддерживаться в бактериальных популяциях [Falkow S., 1996]. Видимо применительно к каждому патогенному микроорганизму «стабильность» и «нестабильность» «островов» закрепляется естественным отбором.

В настоящее время нет полной ясности, каким образом «острова патогенности» приобретаются бактериями, но есть косвенные признаки того, что этот процесс идет непрерывно. Новый эпидемический штамм Vibrio cholerae О139 появился в результате приобретения «острова патогенности». Хотя известно, что он возник из штамма того же серотипа (О1), который является причиной происходящей в настоящее время пандемии холеры (О1 El Tor), V. cholerae О139 содержит дополнительный участок ДНК, который замещает часть О-антигенного кластера О1-штамма. Вставленная ДНК содержит открытую рамку считывания, гомологичную протеину, вовлеченному в синтез капсулы и О-антигена — двух факторов, по которым можно провести различия между О139 и О1 Е1 Тог. Тем самым повышается способность возбудителя холеры к инвазии [Mecsas J. Strauss E.J., 1996].