Генетические и биохимические свойства грибов

а) Генетические свойства грибов. Генетический материал грибов сосредоточен в ядерной, митохондриальной ДНК и плазмидах. Размер генома грибов в 200 раз меньше, чем у других эукариот. Количество хромосом варьирует от 2 до 28, а в среднем — от 10 до 12. Структура генов у грибов аналогична таковой других эукариот. В состав генов входят экзоны (контроль аминокислых последовательностей белков), нитроны (некодирующие участки, которые элиминируются из генома перед трансляцией). Митохондриальный геном грибов — кольцевые молекулы митохондриальной ДНК размером 20-100 тыс. пар нуклеотидов. В настоящее время интенсивно проводится картирование геномов микромицетов с изучением функций отдельных генов.

Плазмиды грибов связаны с особенностями обитания грибов, давая им преимущество в распространении и заражении. Это кольцевые или линейные молекулы ДНК. С патогенностью штаммов связаны киллерные плазмиды, контролирующие синтез бактериоциноподобных киллерных токсинов и снособность/невозможность передаваться через анастомозы мицелия (горизонтальный перенос) и через конидии (вертикальный перенос).

Благодаря работам по биохимической генетике на модели плесневого гриба Neurospora crassa, у микромицетов изучено размножение с перераспределением генетического материала. Так, при половом процессе у двух близко растущих микромицетов разных генотипов с гаплоидными наборами хромосом (7 хромосом) образуются специальные репродуктивные нити (филаменты). Гаплоидное ядро одного гриба переходит в нить другого гриба и там сливается с гаплоидным ядром. При этом образуется кратковременная диплоидная фаза в форме зиготы. В этот период происходит обмен генетическим материалом (кроссинговер) между спаренными хромосомами. Затем начинается редукционное деление зиготы (мейоз). Вследствие двух последовательных делений зиготы формируются четыре гаплоидных ядра. Затем каждое из четырех ядер делится, так что благодаря одному митотическому делению образуется восемь ядер. Окружающая ядро протоплазма превращается в сумку (аск), в которой созревают споры. При изучении свойств гриба, развившегося из каждой споры, появляется возможность доказательства расщепления генетического материала.

б) Биохимические свойства грибов и факторы патогенности. По биохимическим свойствам грибы гетерогенны. Некоторые из них более близки растениям (Ascomycetes и особенно Basidiomycetes). Например, у базидиальных грибов, подобно растениям, имеются бетаин-содержащие липиды, нециклические полиолы, стрессовые белки-криопротекторы дегидрины. Продуцируемые ими стерины являются предшественниками стероидных гормонов.

Другие грибы более родственны животному миру (Zygomycetes, Mucorales). Мукоровые микромицеты в составе липидного биослоя мембран содержат фосфолипид сфингомиелин, свойственный животным. Кроме того, мукоровые грибы содержат холестерин, эргостерин.

Биохимический состав спор различных таксономических групп существенно различается. Особенно значительны различия в углеводном составе цитозоля спор. Среди споровых углеводов известны глюкоза, трегалоза, сахароза, гликоген, инозит, сорбит, маннит.

Среди биополимеров микромицетов, как наиболее характерные, известны: хитин, хитозан, целлюлоза, α- и β-глюканы, маннаны, гликопротеины (маннопротеины).

Патогенность грибов, как правило, связана с их биохимическими свойствами.

Генетические и биохимические свойства грибов
Генетические и биохимические свойства грибов
Генетические и биохимические свойства грибов

К факторам патогенности грибов относят адгезины. Адгезины — это участки поверхности грибов (белки, протеины, углеводные части маннопротеинов клеточной стенки и др.), обеспечивающие прикрепление возбудителя к структурам хозяина (эпителиоцитам, эндотелиоцитам), а также к микроорганизмам нормофлоры. Адгезины микромицетов различаются по специфичности и дают возможность грибам фиксироваться на разных лигандах тканей организма. По некоторым данным, адгезины сходны с рецепторными белками макроорганизма. Это снижает вероятность проявления иммунного ответа. Известно, что иммунный и гормональный статус хозяина оказывают существенное влияние на адгезию грибов.

Восприимчивость или резистентность к адгезии и заражению микромицетами зависит от активности ферментов, от состояния иммунной системы макроорганизма, его физиологических и возрастных особенностей. Так, микроспория чаще бывает у детей. При этом определенную роль в раннем возрасте играют нежность кожи и гормоны. С этим связано спонтанное излечение от микроспории у людей, которое часто происходит после наступления половой зрелости.

Следует отметить, что среди грибов имеются низкоадгезивные и высокоадгезивные штаммы.

Грибы являются микроорганизмами, сапрофитическая (сапротрофная) или паразитическая жизнедеятельность которых связана с большим набором ферментов (экзо- или эндоферментов), часто выступающих как факторы патогенности. К экзоферментам, выделяемым в окружающую среду, относятся, например, амилаза, целлюлаза, пектиназа, и др. Эти ферменты расщепляют сложные субстраты до простых низкомолекулярных соединений, пригодных для питания грибных клеток. Многие экзоферменты, относящиеся к гидролазам, катализируют реакции, конечным продуктом которых является вода (реакции синтеза), или она является компонентом этой реакции (реакция расщепления). К гидролазам, помимо названных, среди экзоферментов принадлежат пектиназы, пептидазы, протеазы, карбогидразы, (мальтаза, лактаза и др.), липазы. Так, действие липаз при дерматомикозах после растворения жирового покрова кожи способствует проникновению патогенных грибов к тканевым элементам. С деятельностью протеаз связывают процессы разрушения тканевых структур. Некоторые из внеклеточных гидролаз являются одновременно внутриклеточными ферментами.

После поступления веществ в клетку, они подвергаются действию эндоферментов, которые катализируют реакции окисления и восстановления, а также реакции, способствующие образованию связи между атомами углерода или ее разрыву. Среди Отравление микотоксинами людей и животных происходит через пищевые продукты (растительного и животного происхождения), корма. Как видно из таблицы выше, наиболее опасными грибами, вызывающими микотоксикозы вследствие продукции афлатоксинов, являются многие виды из родов Aspergillus, Penicillium, Fusarium. Аспергиллы, кроме того, продуцируют другие сильные токсины и токсические метаболиты, например, патулин, охратоксины А, В, С, D, глиотоксин, стеригматоцистин, паразитикол, треморген, цитохалазины, цитринин, койевую кислоту, циклониазоновую кислоту и др. Виды Penicillium также синтезируют широкий перечень токсинов и токсических продуктов: стеригматоцистины, патулин, охратоксины, глиотоксин, ци тринин, цитриовиридин, треморген, лютеоскирин, ругулозин, рубратоксин, пеницилловую кислоту и др.

Представители рода Fusarium также образуют несколько типов токсинов не только аналогичных выявленным у аспергиллов и пенициллов, но и других, например, зеараленон, Т-2 токсин, фузаренон X, вомитоксин, споротрихин, фумонизины, фузарохроманон, аурофузарин, фузариевую кислоту и др.

Основные поражения, вызванные токсинами этих 3-х родов грибов, чаще всего сходны: гепато- нейро- и нефротоксичность, мутагенность, канцерогенность, тератогенность. Однако в некоторых случаях имеются более выраженные особенности, например, иммуносупрессии, повреждения гемопоэтических клеток и т.д.

В медицинской практике встречаются случаи массовых микотоксических поражений. Так, заболевание, известное как споротрихиеллотоксикоз или алиментарнотоксическая алейкия, вызывается после употребления хлеба из отравленного фузариотоксином зерна (продуцент токсина — F. sporotrichioides).

Среди отравлений, обусловленных микотоксннами Fusarium graminearum, известен классический пример, названный «синдром пьяного хлеба» или фузариограми неаротоксикоз. Токсичные вещества, воздействуя на ЦНС, вызывают психические расстройства, нарушение координации движений, рвоту, диарею и т. д.

Трихотеценовые токсины, также образуемые Fusarium spp., воздействуют на организм после употребления продуктов из риса, ячменя, пшеницы и других зерновых. Врачам также хорошо известны отравления микотоксином цитриевиридином от Penicillium spp., попавших в пищу через нестандартно окрашенный в желтый цвет рис, сорго и другие зерновые продукты и корма («синдром бери-бери») с поражением ЦНС и сердечно-сосудистой системы.

Нейротоксикозы, обусловленные сильным микотоксином — патулином аспер-гиллов и пенициллов, характеризуются тяжелым течением с поражением нервной системы, отеком легких, рвотой и т. д.

Микотоксикоз (эрготизм), вызванный употреблением зараженных рожками грибов Clavicepsspp. (спорынья), также относится к классическим поражениям грибным токсином. Токсин является алкалоидом лизергиновой кислоты с нейротоксическим действием.

Присутствие этих токсинов в продуктах зерна, сырья можно выявить на мышах, свинках, птицах, культуре клеток и т.д. Из исследуемых образцов можно также выделить грибы-продуценты.

Основные лечебные мероприятия направлены на детоксикацию: промывание и очищение желудка и кишечного тракта, очищение крови с помощью капельницы, подбор возможных антидотов, сорбентов и т.д.

- Читать далее "Эпидемиология грибов, вызывающих инфекции"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 30.4.2020

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.