Роберт кох

Возбудитель туберкулёза

Заболевание вызывает микобактерия туберкулёза, то есть это бактериальная инфекция, что определяет её основные характеристики.

Бактерия – это одноклеточный самостоятельный организм, для которого наше тело – лишь среда обитания. Бактерии-сапрофиты помогают нам переваривать пищу, бактерии-паразиты нам вредят, повреждая клетки и ткани. Вирус же – это даже не клетка, это просто оболочка с ДНК или РНК внутри. (ссылка) Для вирусов наш организм не среда, а средство жизни. Вирусы превращают наши клетки в заводы по производству вирусов, тем самым убивая их. Против вирусов наш организм формирует иммунный отклик в виде антител к вирусу. Организму требуется примерно 3-8 дней для выработки антител (в зависимости от возможностей иммунной системы). Бактерии живут с нами всю жизнь, иногда вызывая болезни; вирусы, которые вызывают простудные заболевания (коронавирус в том числе), появляются и исчезают. Благодаря таким вирусам иммунитет «вспыхивает» и убивает их, потом приходит другой вирус, и всё повторяется. Бактерии же, например микобактерия туберкулёза, может годами «дремать» в лимфатической системе и ждать, когда иммунитет ослабеет.

— Если рассматривать строение микобактерии – она очень непростая. У неё много  оболочек, и чтобы их пробить, нужен серьёзный антибиотик. И чем больше мы её лечим, тем больше она закрывается, тем сложнее человека вылечить. Это единственная мутация, но она крайне опасна.

Типы микобактериоза

Различают три типа микобактериоза, которые зависят от вида микобактерий и иммунного статуса организма:

1. Генерализованная инфекция с развитием видимых невооруженным глазом патологических изменений внешне напоминают туберкулезные, но гистологически несколько отличаются от них. В легких обнаруживают диффузные интерстициальные изменения без гранулем и полостей распада. Основными признаками являются повышение температуры тела, двусторонняя диссеминация в средних и нижних отделах легких, анемия, нейтропения, хроническая диарея и боль в животе. Диагноз подтверждается нахождением возбудителя в мокроте, кале или биопсией. Эффективность лечения низкая, смертность высокая и достигает 20%. Эффективными для лечения при микобактериоза является циклосерин, этамбутол, канамицин, рифампицин и частично стрептомицин.

2. Локализованная инфекция — характеризуется наличием макро- и микроскопических поражений, выявляемых в определенных участках тела.

3. Инфекция, которая протекает без развития видимых поражений; возбудитель находится в лимфатических узлах.

Туберкулез у людей преимущественно (95-97%) возникает вследствие заражения человеческим, реже (3-5%) бычьим и казуистически — птичьим видом микобактерий туберкулеза. М. africanum вызывает туберкулез у людей в странах Тропической Африки.

М. tuberculosis

Микобактерии туберкулеза имеют форму тонких, длинных или коротких, прямых или искривленных палочек, длиной 1,0-4,0 мкм и диаметром 0,3-0,6 мкм; неподвижные, спор и капсул не образуют, грамположительные, имеют большой полиморфизм.

Микобактерии туберкулеза человеческого вида более тонкие и длинные, чем бычьего. Микобактерии бычьего вида менее патогенны для людей, и заболевание, вызванное ими, встречается значительно реже. Для определения МБТ человеческого вида применяют ниациновий тест. Он базируется т том, что МБТ этого вида выделяют больше ниацина (никотиновой кислоты).

Молодые бактерии гомогенные, в процессе их старения образуется зернистость (зерна Муха), которая более подробно изучается методом электронной микроскопии. Зернистая форма микобактерий туберкулеза образуется также под влиянием антимикобактериальных препаратов. После введения зерен животным у них возникает кахексия, увеличение лимфатических узлов или заболевания туберкулезом с развитием типичных штаммов микобактерий туберкулеза. Описанные оскольчатые формы микобактерий туберкулеза. Возбудитель туберкулеза может существовать также в виде фильтрующихся форм.

Под влиянием противотуберкулезных препаратов морфологические и физико-химические свойства микобактерий туберкулеза изменяются. Микобактерии становятся короткими, приближаясь к кокобацилам, их кислотостойкость уменьшается, поэтому при окраске по Цил-Нильсену они обесцвечиваются и не определяются.

Основные виды туберкулезных палочек

Семейство Mycobacteriaceae содержит в единственном роде микобактерии, в число которых входит более 150 видов. Они широко распространены в окружающей среде и, за исключением некоторых отдельных видов, не способны вызывать инфекционные заболевания.

К исключениям относится туберкулезная палочка (M. tuberculosis), которая вызывает тяжелое заболевание и гибель миллионов людей по всему миру ежегодно.

Остальные виды в роду mycobacterium, способные вызывать болезни, обычно называют нетуберкулезными палочками и как правило они проявляют себя в качестве оппортунистических инфекций у людей с ослабленным иммунитетом, либо у животных.

Также туберкулез могут вызывать — M. africanum, M. canettii, M. bovis, M. microti, M. orygis, M. caprae, M. pinnipedii, M. suricattae:

M. africanum характерен для регионов западной Африки, передается воздушно-капельным путем.
bovis наиболее подвержены дикие копытные животные. У людей M. bovis обнаруживается крайне редко, однако может наносить огромный экономический ущерб по всему миру, поражая домашних и диких животных

Необходимо уделять пристальное внимание данной инфекции в странах с высоким уровнем заболеваемостью ВИЧ, так как именно эти больные чаще заражаются микобактериями.

Другим патогенным возбудителем является бацилла Хансена (M. leprae), ответственная за возникновение Лепры (проказы, крымской болезни и др.).

Остальные виды в роду mycobacterium, способные вызывать болезни, обычно называют нетуберкулезными палочками и как правило они проявляют себя в качестве оппортунистических инфекций у людей с ослабленным иммунитетом, либо у животных. К ним относятся: M. avium, M. intracellulare, M. kansasii, M. fortuitum, M. chelonae, M. szulgai, M. paratuberculosis, M. scrofulaceum

В частности, M. avium и M. intracellulareсвязаны с развитием у свиней и птиц таких заболеваний как паратуберкулез и хронический гастроэентерит.

www.researchgate.net

www.ncbi.nlm.nih.gov

Признаки возбудителей туберкулеза

Одним из важных признаков возбудителей туберкулеза является их неподвижность и отсутствие возможности создавать споры и капсулы, что распространено среди других микроорганизмов.

Они очень медленно растут, что и объясняет тот факт, что инкубационный период у туберкулеза достаточно долгий и может пройти несколько лет.

Неподвижность бактерий не оказывает влияния на их устойчивость к внешним факторам.

Благодаря прочной клеточной стенке, они могут находиться в природе очень долгое время, хотя прямое солнечное излучение или кипящая вода способны вызвать гибель.

Ультрафиолетовый свет способен уничтожить туберкулезную палочку за пару минут.

Микрокапсула – образование из слизи, обволакивающее клеточную стенку, тоже добавляет степень защиты от механических повреждений, физических или химических воздействий, а также обеспечивает стабильность инфекционного агента.

Поэтому, например, в высохшей мокроте патоген способен существовать больше полугода.

Химический состав микобактерий похож и на другие виды прокариотов, но, все же для M.tuberculosis характерно несколько отличительных черт.

В первую очередь, это большое разнообразие липидов, состоящих из жирных кислот вроде стеариновой, пальмитиновой и масляной.

Наличие данных липидов обеспечивает уже упоминавшуюся кислото и спиртоустойчивость.

Отличительной особенностью микобактерий является тот факт, что они крайне устойчивы к агрессивным внешним условиям.

Белки тоже занимают значительную часть от сухого веса бактерий может доходить до 60%.

Протеины носят название туберкулопротеинов, и одним из них является туберкулин, причем туберкулин токсичен именно для зараженного организма.

На специфическом взаимодействии иммунной системы с туберкулином и основана проба Манту.

Если происходит сильная реакция кожи на введение туберкулина, то это свидетельствует о том, что организм постоянно борется с этим, и иммунитет сильно напряжен.

Введение туберкулина животным вообще способно вызвать тяжелую интоксикацию и смерть — так называемый туберкулиновый шок.

Что насчет генетических особенностей M.tuberculosis – то это то, что в ДНК наличествует большое количество повторяющихся участков.

Микобактерии являются аэробами, т.е им необходим кислород для дыхания, и для этого у них есть специальные ферменты.

Генетика и эволюция Mycobacterium tuberculosis

Разнообразие свойств данного микроорганизма определяется её хромосомой.
Геном M. tuberculosis complex очень консервативен. Его представители обладают гомологией ДНК в пределах 85—100 %, тогда как ДНК других представителей данного рода гомологичны M. tuberculosis лишь на 5—29 %.
Геном M. tuberculosis меньше, чем у других микобактерий. У классического возбудителя туберкулёза человека, M. tuberculosis, больше генов, чем у M. africanum и M. bovis, которые утратили часть генетического материала в ходе эволюции.

В 1998 г. была опубликована нуклеотидная последовательность хромосомы штамма H37Rv M. tuberculosis, являющегося музейным «классическим» штаммом. Хромосома представляет собой тороидальную структуру — свыше 4000 генов, кодирующих белки, плюс 60, кодирующих функциональные компоненты РНК: уникальный рибосомальный РНК-оперон, 10Sа РНК, участвующий в деградации белков с нетипичной матричной РНК, 45 транспортных РНК (тРНК), около 100 липопротеинов.

Особенность генома M. tuberculosis complex — большое число повторяющихся последовательностей ДНК. Так, в хромосоме M. tuberculosis Н37Rv насчитывают до 56 копий IS-элементов, которые обеспечивают ДНК-полиморфизм микобактерий туберкулёза (эту особенность используют в ПЦР-диагностике). Большинство из них, за исключением элемента IS6110, неизменны. В составе хромосомы различных штаммов микобактерий туберкулёза, как правило, присутствует от 5 до 20 копий IS6110, однако встречаются штаммы, не имеющие данного элемента. Различия в количестве копий и локализации на хромосоме этих генетических элементов используют для дифференциации штаммов микобактерий туберкулёза в молекулярной эпидемиологии. Наиболее совершённые схемы генотипирования микобактерий основаны на выявлении геномного полиморфизма, обусловленного элементом IS6110. Характерно, что дивергенция вида M. tuberculosis происходит, как правило, за счёт рекомбинаций между копиями элемента IS6110, которые фланкируют различные гены.

Фактически с самого начала применения антибиотикотерапии возник феномен лекарственной устойчивости. Феномен потому, что микобактерия не имеет плазмид, а популяционная устойчивость микроорганизмов к антибактериальным препаратам традиционно описывалась в микробной клетке наличием R-плазмид (от англ. resistance — устойчивость). Однако, несмотря на этот факт, отмечалось появление или исчезновение лекарственной устойчивости у одного штамма МБТ. В итоге выяснилось, что за активацию или дезактивацию генов, отвечающих за резистентность, ответственны IS-последовательности.

В употребление вошёл термин «мутации МБТ». Он означает выявленную генетическими методами (ДНК-зонды и ПЦР-РВ) устойчивость к антибактериальным препаратам, однако следует понимать, что здесь мы имеем дело с «псевдомутациями», обусловленными временным внедрением IS-последовательности в определённый участок гена.

Особое место занимает генетическое семейство Beijing (Пекин), впервые выявленное в гистологических препаратах лёгочной ткани в 1956—1990 гг. от больных предместья китайской столицы. В этой группе частота множественной лекарственной устойчивости значительно выше, чем среди представителей других семейств. На сегодняшний день штаммы этого семейства обнаружены в государствах Азии, Южной Африки, странах Карибского бассейна, США. Распространение данного генотипа на различных территориях определяется этническими характеристиками коренного населения и мигрантов. Недавно получены данные о распространении штаммов генотипа S1/Beijing на северо-западе европейской части России (Санкт-Петербург), некоторых регионах Сибири, а также на территории Дальневосточного федерального округа.

Что такое палочка Коха?

В 2012 году 24 марта была отмечена очередная дата открытия, совершенного Робертом Кохом, который жил аж в XIX веке. Произошло это 130 лет назад, но именно из-за этого ученого микобактерия или Mycobacterium tuberculosis часто называют по имени человека её открывшего – палочной Коха.

Туберкулез – заболевание не новое. Сведения о нем встречаются еще в летописях древнего Вавилона и в древнеиндийских сборниках, датированных третьим тысячелетием до нашей эры.

Правда, долгое время считалось, что это заболевание передается по наследству. Только в 1882 году на заседании Берлинского физиологического общества Роберт Кох сделал доклад, на котором представил доказательства инфекционной природы туберкулеза.

Микобактерия внешне, если рассматривать её под микроскопом, действительно похожа на палочку. В организм человека она способна проникать не только из воздуха, но и с едой или при кожном контакте с носителем бактерии. Хотя основной путь – воздушно-капельный, то есть через кашель или чихание.

Сколько она живет?

Сколько живут бактерии? Строго говоря, век одной микобактерии совсем невелик – всего восемнадцать часов. Но за этот короткий срок бактерия способна размножиться и увеличить свою популяцию в несколько сотен раз. Причем чем благоприятнее условия, тем интенсивнее возбудитель делится.

Поэтому когда врачи говорят о продолжительности жизни бактерии, то имеют в виду не этот короткий срок, а время, в течение которого бактерии способны сохранять способность к размножению.

Бациллу Коха не зря называют бронированным микробом, её прочная внешняя оболочка нечувствительна ко многим факторам. То при какой температуре погибает микобактерия, во многом зависит от влажности воздуха.

Например, в сухом горячем воздухе она способна прожить примерно час, а во влажном несколько недель. Еще менее чувствительны микобактерии к низким температурам. Так при – 23 С палочка способна сохраняться аж до семи лет.

В высохшей капле мокроты больного туберкулезом микобактерии и вовсе могут существовать до 10 месяцев.

Но это во внешней среде, а сколько живет туберкулезная палочка в организме?

В организме человека

Внутренняя среда организма человека не является идеальной для палочки Коха. В основном из-за температуры тела. Однако это неудобство с лихвой компенсируется питательной окружающей средой.

Палочка Коха – довольно хитрый микроб. Попадая в организм, она долгое время может, сохранять жизнеспособность, но при этом оставаться в неактивной форме. Поэтому иммунная система на неё не реагирует. Помимо этого, прочная защитная оболочка микобактерии делает её устойчивой ко многим воздействиям, даже к агрессии бактериофагов. Благодаря этим двум факторам палочка Коха может жить в организме десятилетиями никак себя не проявляя.

Однако прочная оболочка имеет и один существенный минус. Из-за неё микобактерия не способна быстро передвигаться и размножаться в организме. Это значит, что при своевременно начатом лечении в большинстве случаев можно вылечить не только сам туберкулез, но и избежать его осложнений.

Заболеет ли носитель микобактерии туберкулезом, и насколько быстро это произойдет, напрямую зависит от состояния его иммунной системы.

Во внешней среде

Сколько живет палочка вне организма? И во внешней среде микобактерии могут похвастать хорошей живучестью. Попадая при чихании или кашле в воздух, они способны сохраняться там до 30 суток. Помимо этого:

• В помещении, на одежде, мебели или других бытовых предметах бактерии туберкулеза могут жить до шести недель.
• В уличной пыли палочка способна существовать от двух недель до месяца.
• В прохладной воде, например, в реке или озере, палочка сохраняет жизнеспособность до пяти месяцев, а вот при нагревании уже до 70–80 С погибнет за полчаса.
• В темном, влажном месте бактерия может прожить до трех лет.
• Живет палочка Коха и в молочных продуктах, которые являются еще одним распространённым источником заражения. Причем сохраняться в них она может до 18 дней, а в масле, хранящемся на холоде, или замороженном мясе – до 10 месяцев.

Однако не стоит думать, что туберкулез так же легко подхватить, как, например, грипп. Однократного контакта с больным туберкулезом человеком для этого недостаточно. Для заражения нужно находиться с ним в одной комнате хотя бы сутки и при этом иметь ослабленный иммунитет, а туберкулез должен протекать в открытой форме.

Носитель туберкулезной палочки

Пациенты со скрытой (латентной) формой инфекции хорошо себя чувствуют и не проявляют каких-либо симптомов. Они заражены, но не больны. Единственным признаком носительства туберкулеза является положительная реакция на кожную пробу с туберкулином (проба Манту). Люди со скрытой формой туберкулеза не заразны и не могут передать туберкулез другим.

В целом, от 5 до 10% носителей, в течение жизни способны развить полноценную болезнь. Примерно у половины это происходит во время первых 2 лет после инфицирования. Риск развития инфекции значительно выше у лиц с ослабленной иммунной системой, как например при ВИЧ, нежели у людей с хорошим иммунитетом.

Особую тревогу вызывают пациенты, больные лекарственно-устойчивой формой, у которых позже развивается заболевание, которое почти не реагирует на лечение.

Характеристики носителя:

• кожная проба и анализы крови показывают наличие инфекции;
• нет изменений на рентгене или в мокроте;
• является носителем живой, но неактивной палочки;
• хорошо себя чувствует;
• не может передавать болезнь другим;
• нуждается в лечении, чтобы в последствии не развилось заболевание (исключение: если является носителем лекарственно-устойчивой палочки).

www.cdc.gov

Молекулярный патогенез: взаимодействие микобактерий с клеткой

Микобактерии туберкулёза относят к внутриклеточной инфекции, с чем связывают их высокую способность к персистенции. Первично инфицируют макрофаги хозяина, развивая особые стратегии выживания и размножения в этих высокоспециализированных клетках. Используя способность макрофагов образовывать специализированные органеллы — фагосомы, микобактерии приспособили эти органеллы для своей жизнедеятельности, при этом получая несомненные преимущества, необходимые для избегания действия защитных «хозяйских» механизмов, таких как антитела и система комплемента.

При помощи маннозного рецептора, а также рецепторов системы комплемента (CR1, CR3 и CR4) микобактерии связываются с мембраной макрофага и фагоцитируются внутрь клетки. Внутри фагосомы микобактерии производят её ремоделинг таким образом, что нарушают процесс её созревания и дальнейшее слияние с лизосомой для образования фаголизосомы.

Генетика и изменчивость микобактерий

Носителями генетической информации микобактерий туберкулеза являются хромосомы и внехромосомные элементы — плазмиды. Главное отличие между хромосомами и плазмидами заключается в их размерах. Плазмида сравнению с хромосомой значительно меньше и поэтому несет меньшее количество генетической информации. Именно благодаря своим малым размерам плазмида хорошо приспособлена к перенесению генетической информации из одной микобактериальной клетки в другую.

Плазмиды могут взаимодействовать с хромосомой. Гены устойчивости микобактерий туберкулеза против химиопрепаратов локализуются и в хромосомах, и в плазмидах.

У микобактерии есть ДНК, которая функционирует как главный носитель генетической информации. Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК — это ген. Генетическая информация, которую несет ДНК, не является чем стабильным и неизменным. Она изменчива и эволюционирует, совершенствуясь.  Единичные мутации обычно не сопровождаются большими изменениями информации, заложенной в геноме. С одного штамма может возникнуть несколько различных фенотипов (или признаков, проявляющихся в результате действия генов в определенных условиях), которые устойчивы против определенного антимикобактериального препарата.

Мутация может проявляться и в изменении морфологии колоний. Так, если изменить вирулентность микобактерий туберкулеза, то может измениться и морфология колоний мутантов.

Трансдукция — это перенос генетического материала (частицы ДНК) от одной микобактерии (донора) к другой (реципиенту), что приводит к изменению генотипа микобактерии-реципиента.

Трансформация — это включение в хромосому или плазмиду микобактерии (реципиента) фрагмента ДНК другой микобактерии (донора) в результате переноса изолированной ДНК.

Конъюгация — это контакт клеток микобактерии туберкулеза, во время которого происходит переход генетического материала (ДНК) из одной клетки в другую.

Трансфекция — это воспроизведение вирусной формы микобактерии туберкулеза в клетке, которая инфицирована изолированной вирусной нуклеиновой кислотой.

Изложенные гипотетические пути переноса генетической информации еще не изучены. Однако несомненно, что эти генетические процессы являются основой для возникновения лекарственной устойчивости как в отдельных микобактерий, так и у всей бактериальной популяции, имеющейся в организме больного.

Диагностика

Для постановки диагноза микобактериоз необходимо учитывать клинические признаки, результаты рентгенологических и лабораторных данных.

Основной метод диагностики микобактериозов бактериологический. Биоматериал засевают на специальные питательные среды, инкубируют и изучают выросшие колонии. На среде Левинштайна-Йенсена на 14-40 сутки патогенные бактерии образуют сухой морщинистый налет кремового цвета, а также колонии, похожие на цветную капусту, с приятным запахом. Культуры плохо снимаются со среды, а при прокаливании трещат. На поверхности жидких сред на 5-7 сутки появляется сухая пленка, которая постепенно утолщается и падает на дно. Среда при этом остается прозрачной. Возможен равномерный рост по толще среды. При внутриклеточном развитии отмечают рост в виде серпантинообразных кос. Атипичные микобактерии образуют на пластинчатых средах гладкий, мелкоскладчатый, часто маслянистый налет. На жидких средах они растут на дне в виде хлопьев, а на поверхности среды — в виде тонкой маслянистой пленки. После микроскопии выделенную чистую культуру накапливают для дальнейшего установления принадлежности микроба к микобактериям. Специалистам необходимо установить вид микроорганизма и уровень патогенности. Первичная идентификация проводится в лабораториях противотуберкулезных диспансеров. Она заключается в определении скорости роста, способности к пигментообразованию, синтезу каталазы и ниацина, морфологических особенностей бактерий. Практически все виды микобактерий дают рост на среде с салицилатом натрия, в то время как возбудители туберкулеза на нем не растут. Референс-идентификация требует проведения сложных исследований и проводится в специализированных лабораториях научных учреждений. Большое значение для лечения имеет определение чувствительности к антибиотикам.

• Большие возможности для определения возбудителей открывает внедрение полимеразной цепной реакции. Идентификации микробов с помощью молекулярно-генетических методов – процесс трудоемкий, имеющий много подготовительных стадий и требующий специального дорогостоящего оборудования.
• Вспомогательное значение имеет серодиагностика – определение антител с помощью реакции агглютинации, преципитации, связывания комплимента, иммуноэлектрофореза, иммуноферментного анализа.
• Кожные аллергические пробы с туберкулином — Манту, Пирке. Небольшие дозы туберкулина вводят внутрикожно или втирают в кожные насечки. Положительный результат – папула до 10 мм указывает на сенсибилизацию, вызванную контактом лица с антигеном или инфицированием. Сомнительный результат – папула 5-10 мм. В этом случае пробу необходимо повторить. При меньшем размере папулы результат считается отрицательным.
• Биопроба на лабораторных животных – подкожное или внутрибрюшинное заражение материалом, полученным от больного. У животных развивается заболевание, происходит генерализация инфекции, которая приводит к смерти через 1-2 месяца. С 5-10-го дня можно исследовать пунктат лимфатического узла.
• Гистологическое исследование легочной ткани обнаруживает гранулемы.
• Рентгенодиагностика позволяет заподозрить определенное заболевание — туберкулез или микобактериоз.

Антигены

Микобактерии имеют специфические видовые и межвидовые и даже межродовые антигенные связи. В отдельных штаммах выявлены различные антигены. Однако все без исключения микобактерии содержат вещества, устойчивые к нагреванию и воздействию протеолитических ферментов — полисахариды, которые являются общим антигеном.

Кроме того, различные виды микобактерий имеют свои специфические антигены. А. П. Лысенко (1987) доказал, что все штаммы M. bovis имеют идентичный антигенный спектр с 8 антигенов, из которых 5-6 были общеродовыми и реагировали с антисыворотками к микобактерий других видов: 6 — с M. tuberculosis, 3-5 — M. ​​kansasii и т.д.