Антигены и генетика возбудителя чумы (Y. pestis)

а) Антигены возбудителя чумы. Антигенное строение бактерий чумы сложное. Как и во всех биологических объектах, в клетках бактерий чумы имеется большое количество иммунологически активных компонентов, среди которых многие являются общими с другими видами бактерий. И только некоторые являются специфическими для возбудителя чумы.

Капсульный антиген (фракция I FI) — основной компонент, связанный с капсулой, является чистым белком. Синтезируется в цитоплазме и, проходя через клеточные оболочки, концентрируется в микрокапсуле на наружной поверхности клеточной стенки, попадая с прочими метаболитами клетки в окружающую среду. Наиболее интенсивный синтез фракции I происходит при 37°С выращивания in vitro и в организме животного (in vivo). При более низких температурах культивирования капсульный антиген у возбудителя чумы практически не обнаруживается. В организме членистоногих (блох) способность к накоплению фракции I у бактерии чумы утрачивается, очевидно, в силу снижения температуры.

Фракция I является строго специфичным антигеном возбудителя чумы, хотя в природе описаны штаммы, не синтезирующие этот белок. К настоящему времени установлена плазмидная природа генов, детерминирующих синтез фракции I.

«Мышиный токсин» (фракция II) представляет собой белок с молекулярной массой 7,4х104, входящий в состав цитоплазматической мембраны и получивший свое название из-за выраженной токсичности для мышей и нечувствительности к нему морских свинок. Токсин хорошо синтезируется при выращивании возбудителя чумы при 28 и 37°С.

Антигены V и W содержатся в цитоплазматической фракции микроба. Эти антигены не являются высокоспецифическими для возбудителя чумы. Они обнаружены у возбудителя кишечного иерсиниоза и псевдотуберкулеза. У возбудителя чумы эти компоненты способствуют усилению резистентности бактериальной клетки к фагоцитозу полиморфноядерными лейкоцитами.

Соматические антигены не являются строго специфическими для возбудителя чумы. Основной соматический антиген (ОСА) локализуется в цитоплазме клетки. Бактерии чумы в R-форме не имеют типичного О-антигена.

Липополисахарид (ЛПС) прочно связан с клеточными структурами и в среде культивирования не обнаруживается. Его синтез в значительной степени зависит от температуры выращивания, состава и pH среды, аэрации культуры. Главной его составной частью является липид А и полисахарид. ЛПС слабо антигенен, не обладает заметной протективностью, токсичен для белых мышей и морских свинок.

рН6-антиген (рН6Ag) образуется микробом in vivo, in vitro при 37°C и pH ниже 6,7 и обнаруживается как у вирулентных, так и у авирулентных штаммов, находящихся в шероховатой и в гладкой форме. Этот антиген сообщает клеткам микроба большую стабильность в суспензиях, агглютинирует эритроциты (барана, морской свинки и кролика) и обладает цитотоксичностью, что может иметь непосредственное отношение его к вирулентности.

Следует отметить, что кроме этих антигенов в разные годы у бактерий чумы описаны и другие антигены, общие с возбудителями псевдотуберкулеза, эшерихиями, шигеллами и эритроцитами человека О-группы.

б) Генетика возбудителя чумы. Генотип возбудителя чумы — многокомпонентная система функционирования генетических детерминант, определяющих особенности паразитарных связей, обеспечивающих жизнеспособность микроба в меняющихся условиях взаимодействия компонентов биоценозов.

Экспрессия фенотипа является результатом перестройки функционирования кодирующих генов в зависимости от конкретных условий среды.

Генетический аппарат клетки возбудителя чумы представлен цепочкой ДНК, в покоящемся состоянии клетки регулярно уложенной в спиральный жгут с витками в 3-4 шага. В период функциональной активности происходит деспирализация ДНК. Эта структура представляет собой нуклеоид прокариота, который в отличие от ядра эукариотической клетки не имеет ядерной оболочки. Здесь же в цитоплазме присутствуют замкнутные суперскрученные структуры автономных ДНК — так называемые плазмидные ДНК.

Период активизации плазмиды вызывает развертывание жгута ДНК в кольцевую структуру. ДНК нуклеоида определяет в основном функции, связанные с жизнеобеспечением (дыхание, питание, накопление структурных белков, энергообеспечивающие запасы) и размножением бактерий. Плазмиды отвечают за специализированные функции, связанные с особенностями выживания в ассоциациях, приживаемости в условиях конкретных экологических систем, накопления массы популяции и обеспечения передачи в другую экологическую систему, филогенетически освоенную этим возбудителем. Контроль факторов патогенности у возбудителя чумы осуществляется в основном за счет плазмидных генов.

Возбудитель чумы имеет три собственные плазмиды — пестициногенности (pPst), кальций-зависимости (pCad), фракции I и «мышиного токсина» (pFra), имеющие молекулярные массы соответственно 6, 47 и 61-65 мегадальтон (МД). Плазмида пестициногенности кодирует продукцию пестицина I, иммунность к нему, синтез фибринолизина и плазмокоагулазы. Наличие этой плазмиды повышает вирулентность возбудителя чумы в опытах при подкожном заражении морских свинок и белых мышей. Плазмида кальций-зависимости определяет характер роста клеток возбудителя чумы при 37°С в зависимости от наличия в среде ионов кальция, а также отвечает за синтез антигенов V,W и других поверхностных белков.

Регуляция продукции этих белков носит сложный характер, зависимый от температуры, ионов Са и Mg. Плазмида pFra ответственна за продукцию субъединиц фракции I, формирующих капсулу возбудителя чумы и синтез «мышиного» токсина. Белок FI является основным иммуногеном, поэтому имеет большое значение при конструировании химической вакцины. Вместе с тем появляются данные о наличии у возбудителя чумы других плазмид, функции которых полностью не раскрыты. Все известные плазмиды чумного микроба и близкородственных иерсиний относятся к неконъюгативным. Передача их возможна только за счет мобилизации гетерологичными конъюгативными плазмидами или трансдукции.

В лабораторных экспериментах получены рекомбинанты возбудителя чумы на основе конъюгации, хотя среди штаммов этого вида бактерий не обнаруживается генетических доноров со способностью передачи наследственной информации во время прямого контакта донор-реципиент. В качестве генетического переноса при работе с возбудителем чумы используются F- и R-плазмиды кишечной палочки. Рекомбинанты, созданные в результате конъюгации кишечной палочки с чумным микробом, получившие F'las-плазмиду, приобретают способность доноров и становятся переносчиками легко внедряемых в нее транспозонов.

R-плазмида также пока не обнаружена у «диких» штаммов возбудителя чумы. Установлено, что у кишечной палочки она контролирует структурирование пилей и перенос генетического материала из клетки донора в клетку реципиента. Она обеспечивает передачу маркеров независимости от аминокислот, детерминантов синтеза пестицина, фракции I, «мышиного токсина», фибринолизина, плазмокоагулазы, кальций-зависимости.

Как внехромосомный элемент клетки, R-плазмида обеспечивает конъюгацию и создание множественной устойчивости возбудителя чумы к антибиотикам. Как правило, такая устойчивость нестойкая. У рекомбинантов фактор лекарственной устойчивости исчезает в 95% случаев к 6 мес. хранения культуры и очень быстро элиминируется при частых пересевах.

Установлено также, что большая часть популяции бактерий обладает значительным потенциалом изменчивости, реализующимся в ответ на изменения окружающей среды. Этим можно объяснить достаточно частые случаи обнаружения в природных очагах штаммов, отклоняющихся по тем или иным признакам от типичных, во время длительно протекающих эпизоотий. Научная литература о возбудителе чумы изобилует достоверными фактами естественного формирования штаммов со стойкими отклонениями признаков, а также штаммов, неоднородных по тому или иному признаку в своей клеточной структуре. О таких штаммах появлялись сообщения уже в первые годы изучения природных очагов чумы. По мере совершенствования методов изучения возбудителей болезней такие сообщения стали обычными.

Широкий диапазон изменчивости возбудителя чумы в экспериментальных условиях достигается на основе использования методов генетических рекомбинаций — трансформации, трансдукции и конъюгации, широко используемых в настоящее время в микробиологической практике.

Установлено, что воспроизводство трансформации в ее классической форме в работе со штаммами чумного микроба практически невозможно. Но в то же время удается навести искусственную способность к трансформации путем замораживания-оттаивания или кольцевой обработки на холоде (криотрансформация) и трансформировать плазмиды в безплазмидные штаммы возбудителя чумы. Трансформацией плазмид удалось доказать, что искусственная передача плазмид пестициногенности штаммам, лишенным ее, восстанавливает их вирулентность для морских свинок. Это дает возможность понять механизм генетического контроля плазмидами феномена избирательной вирулентности некоторых штаммов возбудителя чумы.

Использование трансформантов позволило ряду авторов составить рестрикционную карту плазмиды с молекулярной массой 45-47 мД, определить на ней локализацию генов, ответственных за проявление Са-зависимости, уточнить расположение VW-антигенов и показать, что транспозоны, интегрируясь в ген в результате встройки элементов типа LTS, могут вызвать включение функции гена (воспроизводить эффект полярности), создать феномен временной утраты вирулентности у возбудителя чумы, а при очередном акте транспозиции Тп-элемента вызвать реверсию этого признака. Это значит, наконец, что системой индуктора могут «включаться» и «выключаться» по принципу сигнала регуляторные механизмы генетических реакций.

В настоящее время хорошо отработанные методы трансформации, котрансформации позволяют манипулировать самыми различными генотипическими признаками и открывают возможности расшифровки механизмов генетической детерминации свойств вирулентности у возбудителей чумы, разработки методов управления ими.

Установлено, что транспозоны могут встраиваться в различные сайты хромосомы возбудителя чумы и плазмидную ДНК. Важно отметить, что встройка Тп-элементов легко осуществляется во все три известные плазмиды возбудителя чумы.

Мутагенный эффект в экспериментальных условиях сравнительно легко воспроизводится на основе «удаления» клеточной стенки бактерий и использования формирующихся в результате этого протопластов или протопластоподобных структур.

- Читать далее "Факторы патогенности возбудителя чумы (Y. pestis)"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 6.1.2020

Остались вопросы или замечания?

Все размещенные статьи преследуют образовательную цель и предназначены для лиц имеющих базовые знания в области медицины.
Без консультации лечащего врача нельзя применять на практике любой изложенный в статье факт.
Жалобы и возникшие вопросы просим присылать на адрес statii@dommedika.com
На этот же адрес ждем запросы на координаты авторов статей - быстро их предоставим.