Антигены и генетика возбудителя туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis)

а) Антигенные свойства. Видоспецифические антигены М. tuberculosis обнаруживаются как в клеточной стенке, так и, в фильтратах клеточных культур в виде секреторных пептидов. В последнее время ведутся интенсивные исследования по выделению и очистке различных антигенных компонентов М. tuberculosis методами иммунохимии и генной инженерии.

Широкий спектр микобактериальных антигенов с различной молекулярной массой (от 6 до 85 кД) вызывает кожные реакции у сенсибилизированных морских свинок, стимулирует лимфоциты в культуре у туберкулин-положительных лиц, а также проявляет туберкулиновую активность, т.е. у иммунизированных или инфицированных животных и людей вызывает гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ), в том числе при внутрикожном тесте (реакция Манту).

Иммунологической активностью, в основном в серологических реакциях, обладают также полисахариды М. tuberculosis. Не только белки, но и определенные полисахаридные фракции из фильтратов культур М. tuberculosis и М. bovis BCG вызывают кожные реакции и ингибирование миграции макрофагов у морских свинок.

Гликолипиды М. tuberculosis также обладают иммунологической активностью и обеспечивают в различных антигенных комплексах адъювантное действие. Однако индукция и выявление реакций ГЗТ, очевидно, удается только при комплексировании таких антигенных препаратов с белками. Фосфатидная фракция липидов вызывает специфическую тканевую реакцию с образованием в организме экспериментальных животных (морских свинок) эпителиоидных и гигантских клеток Пирогова-Лангханса.

б) Генетическая характеристика возбудителя туберкулеза. Род микобактерий с генетической точки зрения очень разнообразен. В отличие от многих сапрофитных и нетуберкулезных микобактерий, микобактерии туберкулеза не содержат экстрахромосомных включений (например, плазмид). Все разнообразие свойств микобактерии туберкулеза определяется ее хромосомой.

Геном М. tuberculosis чрезвычайно консервативен. Его представители обладают гомологией ДНК на уровне 85-100%, в то время как ДНК других видов микобактерий гомологичны М. tuberculosis лишь на 4-26%.

Представители рода микобактерий имеют, по сравнению с другими прокариотами, большие геномы — (3,1 —4,5)х109 Д, однако геномы патогенных видов меньше, чем у других микобактерий (у М. tuberculosis — 2,5x109 Д). Классический возбудитель туберкулеза человека, М. tuberculosis, имеет больше генов, чем М. africanum и М. bovis, которые утратили часть генетического материал в ходе эволюции.

В 1998 г. была опубликована нуклеотидная последовательность хромосомы штамма М. tuberculosis H37Rv. Ее протяженность — 4411529 пар оснований, которые на 70% представлены гуанином и цитозином. Хромосома МБТ представляет собой кольцевую структуру. В ее составе определено около 4000 генов, кодирующих белки, а также 60, кодирующих функциональные компоненты РНК: уникальный рибосомальный РНК оперон, 10Sa РНК, участвующий в деградации белков с нетипичной матричной РНК, 45 транспортных РНК (тРНК), более 90 липопротеинов.

Кроме обычных цикла трикарбоновых кислот и гликолиза, геном содержит уникальный комплекс генов липидного обмена, глиоксалатного пути, белков теплового шока 65 кД, МРВ64 и антигена 38 кД. Последний представлен одиночной копией в геноме широко известного лабораторного штамма H37Rv. Переход микобактерий туберкулеза в дормантное состояние контролируется генами sigF и sigB.

Более 20% генома занимают гены метаболизма жирных кислот клеточной стенки, в том числе миколовых кислот, богатых глицином кислых полипептидов (семейства РЕ и РРЕ), кодируемых полиморфными участками генома PGRS (Polymorphic GC-rich repetitive sequence) и MPTR (Major polymorphic tandem repeat, англ.), соответственно (пятое и четвертое кольца геномной хромосомной карты). Вариабельность этих участков генома обеспечивает различия антигенов и способность ингибировать иммунный ответ. В геноме микобактерии туберкулеза широко представлены гены, контролирующие факторы вирулентности.

Микобактерии туберкулеза синтезируют все необходимые для обмена компоненты — незаменимые аминокислоты, витамины, ферменты и кофакторы. По сравнению с другими видами бактерий у М. tuberculosis повышена активность ферментов липогенеза. Два гена кодируют гемоглобиноподобные белки, играющие роль антиокислительных протекторов или ловушек избытка клеточного кислорода. Эти особенности способствуют быстрой адаптации туберкулезных бактерий к резким изменениям условий окружающей среды.

Особенность генома М. tuberculosis complex — большое число повторяющихся последовательностей ДНК. Так, в хромосоме М. tuberculosis H37Rv насчитывают до 56 копий IS-элементов, которые обеспечивают ДНК-полиморфизм микобактерий туберкулеза. Большинство из них неизменны, за исключением элемента IS6110. В составе хромосомы различных штаммов микобактерий туберкулеза, как правило, присутствует от 5 до 20 копий IS6110, однако встречаются штаммы, не имеющие данного элемента.

Наряду с IS-элементами геном содержит несколько типов коротких повторов нуклеотидов (PGRS и MPTR), а также прямые повторы DR (Direct Repeat, англ.), находящиеся в DR-области и разделенные вариабельными последовательностями — спейсерами (шестое кольцо на карте хромосомы). Различия в количестве копий и локализации на хромосоме этих генетических элементов используют для дифференциации штаммов микобактерий туберкулеза в молекулярной эпидемиологии. Наиболее совершенные схемы генотипирования микобактерий основаны на выявлении геномного полиморфизма, обусловленного элементом IS61 К), а также DR и их спейсерами. Характерно, что дивергенция вида М. tuberculosis происходит, как правило, за счет рекомбинаций между копиями элемента IS6110, которые фланкируют различные гены.

В геноме H37Rv найдены два профага: phiRvl и phiRv2. Как полиморфный сайт Dral они, вероятно, ассоциированы с факторами патогенности, поскольку именно эти участки генома отличаются от аналогичных участков авирулентных штаммов М. tuberculosis H37Ra и М. bovis BCG. Определены участки генома (mutT, ogt-гены), отвечающие за увеличение частоты мутаций и адаптацию микобактерий туберкулеза в стрессовых условиях. Обнаружение триггерных генов дормантности микобактерий туберкулеза изменило представление о латентной туберкулезной инфекции.

При изучении полиморфизма генов, кодирующих каталазу, пероксидазу и А-субъединицу ДНК-гиразы, у М. tuberculosis complex были выделены три генотипические группы. Наиболее древняя (с точки зрения эволюции) I группа: М. africanum, М. bovis, М. tuberculosis и М. microti. II и III группы включают различные штаммы М. tuberculosis, получившие распространение в некоторых географических регионах. Клональное поведение характерно для I и II групп, а штаммы III группы крайне редко вызывают массовые заболевания. В различных регионах мира распространены генетические семейства М. tuberculosis, получившие наименования Haarlem, Africa, Filipino.

Особое место занимает генетическое семейство Beijing (Пекин), впервые выявленное в гистологических препаратах легочной ткани 1956-1990 гг. от больных предместья Пекина. В настоящее время штаммы этого семейства обнаружены в государствах Азии, Южной Африки, странах Карибского бассейна, США. Распространение данного генотипа на различных территориях определяют этнические характеристики коренного населения и мигрантов. Получены данные о распространении штаммов генотипа S1/Beijing на северо-западе европейской части России (Санкт-Петербург) и в регионах Сибири, а в последнее время — и в европейской части России.

Гены, контролирующие устойчивость М. tuberculosis к лекарственным препаратам, представлены в таблице ниже.

Антигены и генетика возбудителя туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis)

Видео строение, микробиология возбудителя туберкулеза (M. tuberculosis)

- Читать далее "Факторы патогенности возбудителя туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis)"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 4.12.2019

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.