Антигены и генетика сальмонелл (Salmonella)

а) Антигенная структура. Антигенная структура сальмонелл сложна, мозаична, вариабельна. Ее составляют термостабильные, расположенные в клеточной стенке, липополисахаридные О-антигены, жгутиковые Н-антигены белковой природы и капсульные Vi (virulence)-антигены, выявление которых имеет важное таксономическое и эпидемиологическое значение. У большинства сальмонелл жгутиковые антигены имеют фазовые вариации, т.е. могут существовать в двух альтернативных формах, что определяется двумя различными наборами хромосомных генов: фаза 1 — специфическая; фаза 2 — неспецифическая. S. typhi, как правило, синтезируют Vi-антиген — антиген вирулентности, который может быть обнаружен также у S. paratyphi С, S. dublin и у некоторых штаммов рода Citrobacter. Кроме перечисленных, у сальмонелл известны и другие антигены, которые обнаруживаются у слизистых штаммов S. paratyphi В, S. choleraesnis, S. anatum и др. Известен М-антиген, представляющий собой кислый полисахарид, нерастворимый в воде и разрушающийся под действием кислоты и спирта.

Детальное изучение О- и Н-антигенов позволило Кауффману и Уайту (White) предложить серологическую классификацию сальмонелл. Схема Кауффмана—Уайта по сути является каталогом диагностически значимых антигенов сальмонелл. В настоящее время она включает более 70 различных О-серогрупп сальмонелл и более 2400 серотипов. Схема постоянно расширяется за счет включения вновь описанных серотипов.

б) Факторы патогенности и их генетический контроль. К факторам патогенности S.typhi и S.paratyphi А и В относят термостабильный эндотоксин — липополисахарид О-антигена, токсофорной группой которого является липид А, и Vi-антиген, защищающие бактериальную клетку от действия гуморальных и клеточных факторов иммунитета. Описаны белки наружной мембраны и D-маннозочувствительные фимбрии (пили), опосредующие адгезию. Наличие термолабильного энтеротропного токсина признается не всеми исследователями.

Сальмонеллы способны вызвать системное заболевание после прохождения через защитные барьеры кишечника. В настоящее время известно, что основными клетками, поражаемыми сальмонеллами, являются М-клетки (мембранные эпителиальные клетки), энтероциты и бокаловидные секреторные клетки тонкой кишки. Первоначальным местом инвазии служат М-клетки, располагающиеся в фолликулоассоциированном эпителии пейеровых бляшек. Они относятся к микроскладчатым клеткам, поскольку покрыты укороченными микроворсинками. Благодаря механизмам пиноцитозного захвата материала из кишечной трубки и дефициту лизосом М-клетки обладают способностью транспонировать (перемещать) микроорганизмы без их деструкции к макрофагам фолликулов пейеровых бляшек.

Аналоги М-клеток содержатся в лимфоидной ткани слизистых поверхностей других органов, в том числе толстой кишки, назофарингеальных пазух, бронхов. Показано, что у свиней входными воротами S. typhimurium могут быть миндалины (и легкие), где они способны появляться до обнаружения в кишечнике и до диссеминации процесса. После адгезии S. typhimurium на поверхности М-клеток хозяина активируется каскадная сигнальная цепь последовательных взаимообусловленных процессов. На первом этапе поражаемая клетка выбрасывает в месте тесного контакта с бактерией тонкие отростки (инвасомы), обеспечивающие интернализацию (эндоцитоз) сальмонелл в составе мембраносвязанной вакуоли. Одновременно наблюдаются дегенерация микроворсинок М-клетки и колебания ее поверхностной мембраны, возникающие вследствие образования на поверхности клетки вокруг входящих бактерий подвижных тонких отростков, содержащих актин. Далее происходит реаранжировка (перестройка) актиновых филаментов и целого ряда других цитоскелетных протеинов с активацией инозит-фосфолипидного пути и освобождением Са2+ в цитозоль.

Активация инозит-фосфолипидного пути и освобождение Са2+ из внутриклеточных хранилищ инициируются взаимодействием рецептора поверхностной мембраны эукариотической клетки с сигнальными молекулами, при котором запускается цепь событий, соединяющая внешний сигнал с внутренним ответом клетки. В течение нескольких минут сальмонеллы, погруженные в мембраносвязанную вакуоль, заселяют М-клетку, в то время как актин и поверхностные протеины эукариотической клетки возвращаются к первоначальному состоянию. М-клетка погибает, что способствует инвазии сальмонелл в субэпителиальную ткань и поражению соседних столбиковых клеток.

1. Генетический контроль патогенности. У сальмонелл, в частности S. typhimurium, описано пять геномных островов патогенности, обозначенных как SPI (Salmonella pathogenicity island, англ.). SPI-1 локализован на хромосоме, контролирует инвазию сальмонелл в эпителиальные клетки и индуцирует апоптоз. Он содержит более 30 генов, основными из которых являются inv (invasion)-гены, необходимые для инвазии эпителиальных клеток, и ряд генов, расположенных в одном опероне (entry орегоп) в следующем порядке: inv-spa-sic-sip-iac - -iag— hil-prg-org.

Они ответственны за доставку эффекторных белков в цитоплазму и регуляцию их синтеза. Гены островов патогенности SPI-2, SPI-3, SPI-4 и SPI-5 также локализованы на хромосоме сальмонелл и связаны со способностью сальмонелл к выживанию и размножению в фагоцитах ретикулоэндотелиальной системы. Каждый геномный остров патогенности включает гены системы секреции III или другого типа, осуществляющих доставку активных биомолекул в цитозоль поражаемых клеток. Для экспрессии вирулентности сальмонелл большое значение имеет кооперация хромосомных генов и генов собственных (специфических) плазмид, различающихся по молекулярной массе у определенных серотипов. Важное значение имеют плазмидные гены spv (Salmonella plasmid virulence, англ.) и ген rck (resistance complement killing, англ.). Примерно от 60 до 120 генов требуется для проявления вирулентности сальмонелл при внутрибрюшинном заражении мышей, и от 200 до 500 генов — при их пероральном инфицировании. Хромосомный pss-ген (ОМР protection killing, англ.), кодирующий белок 59 кД, необходим для размножения сальмонелл в полиморфноядерных лейкоцитах и макрофагах — защиты возбудителя от действия кислородных радикалов при слиянии фагосомы с лизосомой.

Размеры собственных плазмид вирулентности у разных серотипов сальмонелл различны: у S. typhimurium — 60 МД (85 kb), у S. dublin — 50 МД (80 kb), у S. enteritidis — 36 МД (59 kb), у S. pullorum 39 МД, у S. choleraesuis — 30 МД (50 kb), у S. heidelbrg — 62 МД. Плазмиды размером 54-100 kb обнаружены также у сальмонелл серотипов Paratyphi С, Newport, Abortus ovis. У сальмонелл серотипов Typhi, Paratyphi A, Paratyphi В, Agona, Heidelberg, Infantis, Saintpaul, Seftenberg плазмид не обнаружено. Выявлена гомология собственных плазмид вирулентности, обнаруженных у серотипов Dublin, Enteritidis, Pullorum, Choleraesuis и Heidelberg, с плазмидой вирулентности S. typhimurium. Элиминация плазмид сальмонелл сопровождается снижением устойчивости клеток возбудителя к бактерицидному действию сыворотки крови. Полагают, что собственные плазмиды вирулентности сальмонелл играют роль в развитии системного инфекционного процесса.

Определенное значение имеют регуляторные гены, в том числе pag (phoP activated gene), prg (phoP repressor gene) и org (oxygen-regulated invasion — кислородрегулируемые гены инвазии, англ.), активирующие или подавляющие экспрессию хромосомных генов инвазии. Негативно контролируется экспрессия плазмидных белков вирулентности SpvA и SpvB. При вхождении сальмонелл в энтероциты и их захвате макрофагами SpvR-протеин запускает активацию всех spv-генов. Для регуляции транскрипции этих генов служит система генов сигма (σ) - фактор-S-katF регулирующая функцию ряда генов при их размножении в организме хозяина. Фактор cS — это субъединица ДНК-зависимой РНК-полимеразы, обладающая специфической функцией — инициации транскрипции. Эта субъединица дает возможность РНК-полимеразе найти соответствующие последовательности промотора на молекуле ДНК. Фермент связывается с промотором, от него отделяется σS-фактор (фактор инициации), что сопровождается переходом фермента в активное состояние и началом синтеза РНК, т.е. идет инициация процесса транскрипции. Показано, что фактор KatF способен изменять активацию плазмидных spv-генов вирулентности.

2. Регуляция экспрессии факторов патогенности. Как известно, экспрессия генов, контролирующих патогенность сальмонелл, как и других видов внутриклеточных патогенов, не является конститутивной. Их выражение тесно связано с условиями внешней среды и индуцируется в зависимости от вне- или внутриклеточного расположения возбудителя. Описано несколько систем регуляции факторов патогенности бактерий. Обнаружено, что процесс адаптации возбудителя к меняющимся условиям контролируется так называемыми двухкомпонентными системами, состоящими из ряда белков, ответственных за проведение сигнала и регуляцию генной активности. Эти системы состоят из двух типов белков: сенсорного белка клеточной мембраны и регуляторного цитоплазматического. Сенсорные белки характеризуются сходной структурой и состоят из двух доменов: внеклеточного и внутриклеточного. Последний — цитоплазматический домен обладает гистидинкиназной активностью, благодаря которой происходит передача сигнала внутрь клетки, осуществляемая периплазматическим доменом за счет макроэргических связей фосфатных групп. После фосфорилирования остатка гистидина, относящегося к сенсорной части системы, он переносится на остаток аспартата, находящийся на регуляторной части системы.

Известны генетические системы температурозависимой регуляции патогенности: одна отражает особенности перехода от существования во внешней среде (t°+10-20°С) в организм хозяина (t° +36-37°С), другая, гак называемая система теплового шока, включается при высокой температуре в разгар инфекционного процесса и в очаге воспаления. Для сальмонелл важную роль играют системы PhoP-PhoQ и RpoS, контролирующие экспрессию факторов патогенности бактерий при инвазии в эпителий или размножении внутри макрофагов. У сапрофитных бактерий показано наличие глобальной контрольной системы, реагирующей на изменение в среде обитания. Аналогичная система используется и патогенными бактериями: гены вирулентности «включаются» в организме хозяина и «выключаются» в период пребывания во внешней среде. Эти данные подтверждают положение о роли эволюции в формировании систем генетической регуляции экспрессии генов, необходимых для адаптации патогенных микроорганизмов в окружающей среде, включая условия развития инфекционного процесса.

- Читать далее "Клиника и патогенез сальмонеллеза"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 30.12.2019

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.