До 60-х годов XX века считалось, что в патогенезе заболеваний, вызываемых синегнойной палочкой, ведущая роль принадлежит эндотоксину. Однако с этих позиций трудно было объяснить некоторые клинические особенности течения синегнойной инфекции, а также экспериментальные данные, полученные при моделировании инфекционного процесса на животных. Принципиально новый подход к изучению патогенеза синегнойной инфекции связан с исследованиями американского ученого Р. V. Liu, обнаружившего в культуральных фильтратах синегнойной палочки множество продуктов ее жизнедеятельности с широким спектром биологической активности в отношении клеток и тканей высших организмов. Введение животным этих бесклеточных фильтратов воспроизводило наиболее тяжелые патологические реакции, характерные для синегнойной инфекции, причем токсический эффект намного превосходил действие значительно более высоких доз эндотоксина. Исследования Р. V. Liu были затем продолжены многими учеными.

Для изучения факторов патогенности синегнойной палочки использовали биохимические, генетические и цитохимические методы, а также различные экспериментальные модели. Обширная и разносторонняя информация о биологических и ферментативных свойствах экзопродуктов синегнойной палочки, выделенных и охарактеризованных в виде индивидуальных компонентов, составляет основу современного представления о патогенезе синегнойной инфекции.

а) Экзотоксин А. Это внеклеточный термолабильный белок с молекулярной массой 66-71,5 kDa и изоэлектрической точкой 5,1, который синтезируется в виде одной полипептидной цепи и является наиболее токсичным продуктом жизнедеятельности Р. aeruginosa. Изучение кристаллической структуры экзотоксина А выявило в нем 3 домена: I — домен, ответственный за связывание экзотоксина с рецептором на клетках-мишенях и содержащий 252 аминокислотных остатка; II — домен (с 253 по 404 аминокислотный остаток), обуславливающий трансмембранный перенос токсина в клетку; III — домен (с 405 по 613 аминокислотный остаток), характеризующийся токсической активностью, ингибирующий белковый синтез в клетках и влияющий на их апоптоз.

Изменения структуры домена может приводить к ослаблению токсических свойств экзотоксина А. Токсин полностью деградирует под действием трипсина, панкреатической эластазы, проназы. Примерно 80-90 % штаммов синегнойной палочки образуют экзотоксин А, обладающий высокой летальной активностью для экспериментальных животных. В основе патологического действия лежат глубокие нарушения клеточного метаболизма. Внутриклеточные процессы, обусловленные экзотоксином А, сходны с действием дифтерийного токсина. Механизм поражения мишени (фактор элонгации 2) связан с подавлением синтеза белков через АТФ-рибозилирование и с нарушением организации матрицы белкового синтеза.

Некротические поражения при местном введении экзотоксина А, нарушение проницаемости микроциркуляторного русла органов и тканей свидетельствуют об участии этого токсина в преодолении микробами клеточных барьеров. Действием экзотоксина А объясняют развитие пейтропении, характерной для большинства нозологических форм синегнойной инфекции. Вызываемые этим токсином патологические реакции определяют его участие в поражении тканевых и иммунных механизмов. Более значительный вклад токсина в развитие инфекционного процесса определяется глубоким поражением всех органов и систем, приводящим к резкому нарушению жизненно важных функций (общий токсический эффект, отеки, некрозы, метаболический ацидоз, дыхательная недостаточность и т.д.).

При септицемии описаны повреждения эластичной ткани артериальных сосудов с последующим коллапсом.

б) Экоэнзим S — термостабильный экстрацеллюлярный белок с АДФ-трансферазной активностью. Первоначально он синтезируется в двух формах: неактивного белка-предшественника с молекулярной массой 53 kDa и активного белка с молекулярной массой 49 kDa.

Экоэнзим S инактивируется денатурирующими и восстанавливающими агентами, Cu²⁺, Fe²⁺, не нейтрализуется антителами к экзотоксину А. Мишенью его действия является не фактор элонгации 2, а другие цитоплазматические белки. Механизм его действия проявляется патологическими процессами в легких.

Известно, что инфекция, обусловленная штаммами синегнойной палочки, которые продуцируют экоэнзим S, нередко оказывается летальной. По некоторым данным, до 90 % штаммов Р. aeruginosa образуют экоэнзим S.

в) Цитотоксин — кислый белок с соотношением кислых и основных аминокислот 49:12, изоэлектрическая точка лежит в диапазоне 5,0-6,4. Он выделен из ацетоновых лизатов клеток синегнойной палочки. Из-за выраженного лейкотоксического действия на гранулоциты крови человека этот белок первоначально был назван лейкоцидином. Однако позднее было доказано, что при применении других клеточных моделей (клеток, изолированных из паренхиматозных органов, перевиваемых клеточных культур и опухолевых клеток) они оказались чувствительными к токсическому воздействию этого белка, проявляя при этом сходные морфологические и функциональные признаки интоксикации.

Выявленное нарушение проницаемости клеточных мембран под действием цитотоксина связано с его непосредственным влиянием на системы активного транспорта глюкозы, К⁺, Na⁺, Са²⁺, вызывающим набухание клеток и потерю крупных белковых молекул.

г) Гемолизины. Штаммы синегнойной палочки продуцируют две гемолитические субстанции — термолабильный гемолизин с лецитиназной активностью (фосфолипаза С) и термостабильный гемолизин (гликолипид).

1. Фосфолипаза С — белок с изоэлектрической точкой 5,5 и необычайно высокой для бактериальных фосфолипаз мол. массой 78 kDa.

2. Термостабильный гемолизин — гликолипид, состоящий из L-рамнозы и 1-β-гидроксидеканоиновой кислоты. Одновременная продукция двух гемолизинов предполагает их функциональное взаимодействие. Действительно, гликолипид, подобно детергенту, вызывает солюбилизацию фосфолипидов, являющихся субстратом для фосфолипазы С, тем самым потенцируя ее активность.

Гликолипид относительно малотоксичен, LD₅₀ при внутрибрюшинном заражении мышей составляет 5 мг. Активность гликолипида подавляется сывороточными белками. Самостоятельная роль гликолипида в возникновении серьезных системных поражений организма вряд ли велика. Однако некоторые экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при кератитах синегнойной этиологии этот фактор может участвовать в локальных поражениях тканей, обуславливая высвобождение ферментов из лейкоцитов.

Внутрикожное введение очищенной фосфолипазы С вызывает через 24-48 часов некроз, окруженный зоной эритемы с центральным абсцессом. Внутрибрюшинное введение фермента приводит к некрозу печени и отеку легких. При интраназальном заражении животных штаммами синегнойной палочки с высоким уровнем продукции фосфолипазы С элиминация бактерий происходит значительно медленнее, чем при низкой продукции этого фермента. По-видимому, из-за того что поверхность альвеол легких покрыта сурфактантами, состоящими преимущественно из фосфолипидов, создаются благоприятные условия для развития инфекционного процесса. Разрушение легочных сурфактантов, в свою очередь, вызывает образование бронхоэктазов и ателектазов, ухудшающих течение и прогноз заболевания. Наиболее активные продуценты фосфолипазы С выделены из мочевыводящих путей и респираторного тракта больных с бронхолегочной инфекционной патологией. Этот фермент продуцируется всеми клиническими штаммами синегнойной палочки.

д) Энтеротоксин и фактор проницаемости. Заражение кроликов per os культурой синегнойной палочки приводит к накоплению жидкости в просвете легированной кишечной петли животных, что указывает косвенно на наличие энтеротоксиче-ского фактора среди продуктов жизнедеятельности этого микроорганизма. Известны некоторые характеристики энтеротоксина, свидетельствующие о его белковой природе: чувствительность к температурному воздействию и разрушение под действием трипсина. Патогенетическое значение этого фактора оценить трудно, так как вызванные синегнойной палочкой заболевания, сопровождающиеся диареей, встречаются очень редко (шанхайская, или пятидневная лихорадка). Хотя водно-электролитические нарушения при шанхайской лихорадке не достигают той степени выраженности, как при других процессах, сопровождающихся диареей, летальность от них значительно выше. По-видимому, при кишечных формах синегнойной инфекции такой исход определяется воздействием не энтеротоксина, а других токсичных продуктов синегнойной палочки.

Некоторые наиболее вирулентные штаммы Р. aeruginosa синтезируют фактор проницаемости. Идентичность энтеротоксина и фактора проницаемости не установлена, но последний также разрушается при нагревании и под действием трипсина, а штаммы Р. aeruginosa, образующие энтеротоксин, всегда обладают активностью фактора проницаемости. Патогенетическое значение фактора проницаемости связано с его участием в местных тканевых поражениях.

е) Протеолитические ферменты. Штаммы синегнойной палочки продуцируют, по крайней мере, три различные протеазы, различающиеся по своим физико-химическим характеристикам и субстратной специфичности.

1. Протеаза I (нейтральная протеаза) с изоэлектрической точкой 8,5 образуется в очень незначительном количестве и не выделена в виде индивидуального компонента всего комплекса продуцируемых этим микробом протеолитических ферментов. Субстратная специфичность протеазы I и ее участие в развитии патологических реакций точно не установлены.

2. На долю протеазы II (эластазы) приходится 75% всей протеолитической активности синегнойной палочки. Кроме эластина, этот фермент расщепляет такие субстраты, как казеин, гемоглобин, фибрин, комплемент и некоторые другие белки, но не действует на коллаген. Молекулярная масса фермента 33-39 kDa, изоэлектрическая точка определяется в интервале pH 5,7-6,6. Эластаза является металлосодержащим ферментом (0,9 моль Zn на 1 моль белка), инактивируется под действием хелатирующих агентов, ионов тяжелых металлов и плазменного α-макроглобулина.

Введение эластазы животным вызывает патологические изменения геморрагического характера практически во всех внутренних органах: легких, костной ткани, брюшине, диафрагме, желудочно-кишечном тракте, почках.

3. Протеаза III (щелочная протеаза), с изоэлектрической точкой 4,1—5,0 и молекулярной массой 48 kDa, как и эластаза, продуцируется большинством штаммов синегнойной палочки, но регуляторные механизмы синтеза этих двух ферментов в бактериальной клетке различны. Молекула щелочной протеазы содержит 1-2 атома кальция, промотором ферментативного гидролиза являются ионы кобальта. Щелочная протеаза, как и эластаза, гидролизует многие белки, но не расщепляет эластин.

Внутрикостное введение протеолитических ферментов в течение нескольких минут вызывает кровоизлияния, которые некротизируются через 24-48 ч. Эти данные согласуются с клиническими проявлениями у больных. Так, глазные инфекции, обусловленные синегнойной палочкой, сопровождаются полной потерей зрения в результате разрушения протеогликана, а пневмонии синегнойной этиологии характеризуются обширными альвеолярными геморрагиями и некрозом альвеолярных септальных клеток. При септицемии, вызванной штаммами синегнойной палочки, наблюдаются повреждения эластичной ткани артериальных сосудов.

Сыворотка крови больных пневмонией содержит антитела к эластазе и протеазе. По данным 10-летнего наблюдения за больными муковисцидозом, осложненным хронической синегнойной инфекцией, титры специфических антител в легких постоянно нарастают. Это свидетельствует о непрекращающейся продукции протеолитических ферментов.

ж) Нейраминидаза. Эндогенная нейраминидаза синегнойной палочки участвует в физиологических процессах метаболизма компонентов бактериальной клетки, содержащих нейраминовую кислоту, выполняя роль регуляторного фермента.

Экзогенная нейраминидаза расщепляет гликопротеидные связи между остатками концевых сиаловых кислот и глюкозаминогликанами, гликопротеидами и гликолипидами. Нейраминидаза синегнойной палочки отличается от других бактериальных нейраминидаз субстратной специфичностью и некоторыми другими свойствами: расщепляет преимущественно связи а2-»3 (как и ферменты миксовирусов, тройных к респираторному тракту), проявляет наиболее высокую активность при нейтральных значениях pH 6,6-7,0 и не нуждается в присутствии Са²⁺ и Mg²⁺. Фермент наиболее стабилен при 37°С, но разрушается при 56°С, чувствителен к ЭДТА (50%-ная инактивация при концентрации этилен-диамина-тетраацетата — ЭДТА 0,035 миллимолей).

з) Адгезины. Адгезивные свойства бактерий играют важную роль в развитии инфекционного процесса, обеспечивая колонизацию — прикрепление бактерий к различным клеткам и тканям микроорганизма. Общие закономерности адгезии и участвующие в ней поверхностные клеточные структуры достаточно хорошо изучены на других видах микроорганизмов. Представления об адгезии синегнойной палочки всё еще фрагментарны.

Как ранее отмечено, большинство штаммов синегнойной палочки имеют фимбрии, или пили — выросты нитевидной формы, расположенные на полюсах бактериальной клетки от 2 до 12 на каждом полюсе. Участие фимбрий в адгезии синегнойной палочки к буккальным эпителиальным клеткам и клеткам поврежденной роговицы глаза доказано на экспериментальных моделях.

По сравнению с другими бактериями синегнойная палочка проявляет более выраженные адгезивные свойства по отношению к эпителию дыхательного тракта, что свидетельствует о наличии в трахеобронхиальном секрете специфических компонентов. Некоторые данные позволяют отнести эти компоненты к липидсодержащим соединениям — сиаловым кислотам.

Высокой аффинностью синегнойной палочки к трахеобронхиальному секрету можно объяснить частую колонизацию этим микроорганизмом дыхательного тракта, особенно при застойных явлениях в трахее и бронхах — муковисцидозе, бронхоэктазах, трахеостоме и др. Прилипание синегнойной палочки к другим эукариотическим клеткам, имеющим сиаловые кислоты на их поверхности, происходит только в случае их химического или термического повреждения. Следовательно, сиаловые кислоты — лишь одно из звеньев сложного механизма взаимодействия синегнойной палочки и ткани дыхательных путей микроорганизма. В адгезии бактерий, как было убедительно доказано, участвует внеклеточная слизь. В присутствии очищенного полисахарида слизи адгезивные свойства мукоидных штаммов синегнойной палочки повышаются на 30-50%.

и) Внеклеточная слизь синегнойной палочки представляет собой макромолекулярный комплекс, покрывающий поверхность микробной клетки, но в отличие от капсулы, не формирующий морфологически очерченного слоя в составе клеточной оболочки, а легко выделяющийся во внешнюю среду. Слизь придает характерную вязкость бульонным культурам и колониям мукоидных штаммов. Продукция слизи является одним из характерных видовых признаков синегнойной палочки.

Активный компонент, выделенный из слизевого материала синегнойной палочки и ответственный за его токсические и антигенные свойства, представляет собой гликолипопротеид, состоящий из гексоз, глюкозаминов, уроновых кислот, липидов и белка.

Из биологических свойств гликолипопротеида известна его способность вызывать летальный эффект и лейкопению. Он обладает также антифагоцитарной активностью. Гликолипопротеид характеризуется антигенной специфичностью, которая, как и его антифагоцитарная функция, связана с полисахаридной частью молекулы, а токсическая активность — с липидной фракцией.

Внеклеточная слизь синегнойной палочки обладает выраженными иммуногенными свойствами. Мукоидные (слизеобразующие) штаммы этого микроба часто обнаруживаются в отделяемом из ожоговых ран у больных отитом, остеомиелитом и муковисцидозом.

Большинство из вышеописанных факторов патогенности, образуемых штаммами синегнойной палочки, могут оказывать определенное действие на состояние некоторых механизмов естественной защиты макроорганизма. В таблице выше представлены эффекты, создаваемые факторами патогенности синегнойной палочки в отношении различных механизмов макроорганизма.

Изучение заболеваемости синегнойной инфекцией у различных контингентов больных показало, что имеется определенная корреляция между частотой возникновения осложнений синегнойной этиологии и состоянием иммунной системы у больных. В результате проведения таких исследований были выделены так называемые группы риска развития синегнойной инфекции. К ним, в первую очередь, относятся больные с ожогами (особенно с обширными и глубокими), у которых синегнойная инфекция развивается в 40-75 % случаев.

Риск возникновения инфекционных осложнений, вызванных синегнойной палочкой, гораздо выше у больных, страдающих онкологическими заболеваниями, особенно лейкозами, муковисцидозом, у реципиентов различных органов, получавших высокие дозы иммунодепрессантов. Эффективная защита зависит, прежде всего, от нормального функционирования всех механизмов иммунитета, его клеточного и гуморального звеньев.

к) Генетические свойства. К настоящему времени расшифрован полный геном Р. aeruginosa на модели штамма РА01. Как оказалось, геном составляет 6264404 Ьр и является одним из наиболее протяженных бактериальных циркулярных геномов. На нем установлены участки, контролирующие высокую адаптивную способность этого микроорганизма к условиям окружающей среды, а также его резистентность к лекарственным средствам. Выявлено большое количество регуляторных генов, с помощью которых осуществляются процессы метаболизма и катаболизма, хемотаксиса, транспорта различных органических веществ в клетки Р. aeruginosa и т. д. На хромосоме синегнойной палочки картированы гены, кодирующие резистентность к антибиотикам, например, texАВ-, oprM, texХ Y и т. д. Установлены гены oprF, oprL, oprI и др., контролирующие синтез белков внешней мембраны.

Клетки Р. aeruginosa содержат большое количество плазмид разной молекулярной массы (0,5х10⁶-4х10⁸), ряд которых обуславливает у синегнойной палочки антибиотикорезистентность и устойчивость к химическим веществам. Они могут контролировать также другие биологические функции (синтез факторов патогенности, синтез антибиотиков, бактериоцинов, ферментов и т.д.). Помимо плазмид у Р. aeruginosa выявлены транспозоны. Транспозоны синегнойной палочки кодируют, например, резистентность к солям ртути, лекарственным средствам, синтез β-лактамаз и др.

- Вернуться в оглавление раздела "Медицинская микробиология"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 6.4.2020