CC BY
33
УДК 616.34-08.314.4-036
Маслянко Р.П., д.б.н., професор, Романович М.С., к.вет.н., доцент, Флюнт Р.Б., к.вет.н., доцент, Божик Л.Я., к.вет.н., ассистент © Лъв\всъкий нацюналънийутеерситет ветеринарног'медицини та бютехнологт iмет С.З. Гжицького
ФАКТОРИ ПАТОГЕННОСТ1 ОПОРТУН1СТИЧНИХ ЕНТЕРОБАКТЕР1Й В ОРГАН13М1 ТВАРИН IIX РОЛЬ
В РОЗВИТКУ Д1АРЕ1
Робота присвячена питанию про факторы патогенност1 опортутстичних ентеробактерш, включаючи представниюв podie Enterobacter, Klebsiella, Proteus i in. Представлена тформащя про генетичний контроль i роль фактор1в namosennocmi опортутстичних ентеробактерш у розвитку diapeÜHOSo синдрому. Описано адгезини, гемол1зини, цитотоксичт некротизуюч1 фактори та бактер1алът модулгни. Подана характеристика цитототчних i цитотоксичних ентеротокситв, у тому числ1 цитолеталъного токсину; представлено анал1з мехатзм1в ix diapeezemoi dii. Обговорено мехатзм д1ареегенного ефекту бактер1алъного лтосахариду (ендотоксину) та локального синтезу прозапалъних цитокшв.
Ключов1 слова: опортутстичт ентеробактерИ, фактори патогенност1, адгезини, ентеротоксини, мехатзм dii.
Пщ патогеншстю розумшть здатшсть м1крооргашзм1в викликати шфекцшне захворювання, яке визначаеться сукупшстю дп р1зних властивостей i фактор1в патогенност1, що зумовлюють розвиток в оргашзм1 патолопчних змш. До умовно-патогенних м1крооргашзм1в або опортутстичних шфекцшних агент1в вщносять збудниюв, як1 викликають захворювання при зниженш резистентност1 оргашзму, для котрого характерна вщсутшсть нозолопчно! специф1чност1 та локал1зацп шфекцшного процесу. Загальним принципом генетичного контролю патогенност1 бактерш е складна взаемод1я хромосомних гешв i гешв специф1чних плазмадв, виявлених у багатьох збудниюв шфекцшних захворювань [1-3].
Фактори патогенност1 ( ФП ) подшяються на 4 групи : 1) Ti що визначають взаемодш бактерш з еттел1ем вщповщно! еколопчно! Himi та колошзацш зони первинного шфжування; 2) Ti що забезпечують стшюсть м!кроб!в до фактор1в захисту макрооргашзму та здатшеть до розмноження in vitro; 3) яю ¿ндукують синтез цитоюшв i мед1атор1в запалення, асоцшованих з ¿мунопатолопею; 4) токсини та токсичш продукти, що викликають патолопчш змши в органах i тканинах макрооргашзму [2].
Перша група ФП визначае початок розвитку шфекцшного процесу. Процес починаеться з адгези, оснований на виб1рковш взаемоди бактерш з
© Маслянко Р.П., Романович М.С., Флюнт Р.Б., Божик Л.Я., 2012
245
рецепторами ештелюцигав з наступним розмноженням (колошзащею) бактерш на поверхш слизово! оболонки [10]. Для внутр1шньокл1тинних паразита характерне проникнення збудниюв в цитоплазму кл1тини. У патогенних еитеробактерш характерне проникнення збудника у цитоплазму кл1тини. У патогенних еитеробактерш адгезини 3Í6paHÍ на поверхнев1 структури (рШ,ф1мбрп) та завитки (curli) , або асоцшоваш з нефр1альними адгезинами : полкахаридами капсул, лшополкахаридами зовшшньо! кл1тинно! ctíhkh або поверхневими бшками. Друга група ФП забезпечуе стшккть MÍKpoopraHÍ3MÍB до фактор1в захисту макрооргашзму та здатносп до розмноження in vivo. У патогенних MÍKpoopraHÍ3MÍB (еитеробактерш) це поверхнев1 O, K i V-антигени. До третьо! групи вщносять бактершш модулши, що шщшють (шдукують) синтез цитоюшв i мед1атор1в запалення сприяючих ¿мунопатологп [20], у патогенних еитеробактерш як модулмв виступають : ендотоксин (ЛПС), лшщ A i його комплекси з протешами, поверхнев1 бшки кл1тинно! ctíhkh, pÍ3HÍ токсини.
Останшм часом накопичено численш даш р1зних автор1в про етюлопчну роль опортушстичних еитеробактерш при гострих кишкових шфекщях, в тому числ1 представнимв род1в Enterobakter, Klebsiella, Proteus, Providencia та íh.[3-5,6,8,11,13,14,16,22]. В цей же час шформацп при виявлених факторах патогенност1 д1ареегенних штам1в опортушстичних еитеробактерш вказаних таксоном1чних груп недостатньо систематизовано. В цш робот! проанал1зовано сучасш даш про д1ареегенш фактори патогенност1 умовно-патогенних представниюв Ымейства Enterobacteriaceae.
Процес взаемоди еитеробактерш з еттел1ем вщповщних еколопчних Him починаеться з адгези , основано! на виб1рковш взаемоди бактерш з рецепторами ештелюцита i/або покриваючи ix шаром слизу (муцинами) , з наступним розмноженням бактерш в 30HÍ шф1кування[2, 26].
Як ¿муномодулши у штам1в опортушстичних еитеробактерш можуть виступати ЛПС, лшщ А-асоцшоваш бшки, токсини, ферменти та ÍHmi поверхнев1 протеши. 1х безпосереднш ефект реал1зуеться в ход1 зв'язування збудника з кишковим еттел1ем : при безпосередньому контакт! (адгези) ештелюцити виробляють прозапальш цитокши, а ЛПС шдукуе експресш цитоюшв i молекул адгези на еттелюцитах i ф1бробластах власно! пластинки тонких кишок[13,20]. Вказаш молекули та цитокши активують нейтрофши , макрофаги , стимулюють вихщ лейкоцита Í3 судин та шфшьтрацш ними кишково1 ctíhkh, що сприяе запальнш реакци[15]. При первинному контакт! синтезуються pÍ3HÍ штерлейкши (1Л) , в тому числ1 , 1Л-8, 1Л-1Р, 1Л-6, 1Л-12, фактор некрозу пухли-а (ФНП-а) i ряд хемоюшв.
Локально синтезоваш цитокши регулюють ештел1альну проникшеть та юнний транспорт. ФНП-а разом з 1ФН-у пщвищуе проникшеть щшьних контакт!в , руйнуе F , стимулюе секрецш íohíb. 1Л-1 Р i ФНП-а, в свою чергу, активуючи фермент цикооксигеназу-2, викликае утворення простагландишв Í3 арахщоново! кислоти, знижують актившеть Na/K-АТФ, розташовано! на базолатеральнш поверхш еттел1альних кл1тин, що веде до порушення
246
проникност! щшьних контакта , зниженню абсорбцп Na+ та тдвищенню секреци Cl [24]. Локальний ФНП-а вважаеться ключовим в патогенез! шфекцшних колтв, оскшьки стимулюе продукцш ештелюцитами та нейтрофшами антибактер1альних бшюв (дифенсишв, яю пригшчують розмноження збудниюв у цитоплазм!), прискорюючи загибель шфжованих ештел1альних кл1тин [17, 19]. Провщна роль у розвитку секреторно! fliapei належить ентеротоксинам. Розр1зняють термолабшьш - LT та термостабшьш -ST - токсини. Серед термолабшьних ентеротоксишв диференцшють LT-1 i LT-2. Ген, який кодуе LT-1 ( elt або etx ), розташований на плазмад, яка також м!стить гени ST i/або колошезуючого фактора [24, 25]. За мехашзмом та ¿мунолопчними властивостями LT-1 гомолопчний холерогену.
Д1ареегенний мехашзм ST полягае в залученш нервово! системи кишечника. Ентеротоксини, взаемодшчи з ендокринними кл1тинами на поверхш ворсинок кмшечника, пщвищуючи р1вень цАМФ i зГМФ, яю визначають вившьнення серотоншу, нейротензину та шших пептид1в до субеттел1альних простор1в. Вазоштестинальний пептид зв'язуеться з рецепторами ештелюциив, пщвищуе р1вень цАМФ i порушуе юнний транспорт. Альтернативш мехашзми дп ST полягають у залученш простагландишв (за рахунок активаци фосфолшази С) та прозапальних цитоюшв, аналопчш LT-1 [24,25].
ST-бшок транслюеться у вигляд1 молекули-прекурсора, який складаеться з 71 амшокислотних, яка в периплазматичному npocTopi протеол1тично перетворюеться в полшептид, який складаеть i3 48 амшокислот, з двома дисульфщними зв'язками, що визначають бюлопчну актившсть токсину.
Серед термостабшьних токсишв диференцшють STa (ST1) i STb (ST2). Перший продукуе ETEC, Vibrio cholerae, Verginia enterocolitica, Klebsiella spp., а другий - виявляе переважно у ETEC , видшених вщ свиней, значно рщше - у видшених в людини. STa-токсин кодуеться плазмщним транспозон-асоцшованим est A геном. Синтез STb контролюе плазмщний ген est B.[25].
STa-UHCTeiHBMicTHMHft термостабшьний бшок з мол.м 2 кда. Основу ди STa складае замщення ним ендогенного л1ганду гуаншну келиховидних кл1тин, яю забезпечують кишковий гомеостаз. STa характеризуеться бшьшою спорщнешстю до рецептор1в, шж гуаншн, оскшьки мктить на 2 молекули цистешу бшьше. З'еднуючись з бшковим рецептором щ1точково! облям1вки ентероцит1в токсин збшьшуе внутр1шньокл1тинну концентрацш цикл1чного гуанозинмонофосфату (цГМФ) , через активацш цГМФ залежно! протешюнази, под1бно! до юнази А, та активуе хлоридш канали : муковкцидозний регулятор трансмембранно! провщност1, кальцш активуючий хлоридний канал i iH. Це стимулюе секрецш хлорид1в i/або iHri6ye абсорбцш хлориду натрш, приводячи до втрат рщини кишечником. Рецептори до цього ентеротоксину виявляються на Bcix еттел1альних кл1тинах кишечника. Кшьюсть цих рецептор1в до даного ентеротоксину зменшуеться з вжом, що, очевидно, зумовлюе бшьш важкий nepe6ir под1бних шфекцш в ранньому вщ1 [12].
247
Патогенш вар1анти ентеротоксишв можуть продукувати STa , STb i LT-1. У ентерогенних штам1в Klebsiella spp. описано гени, що контролюють синтез LT-1 та ST-nofliÖHHx ентеротоксишв, ¿мунолопчно спорщнених з ентеротоксинами E.coli [2]. У збудник1в Proteus spp., видшених при кишкових шфекщях, встановлена продукщя LT-ентеротоксину [5]. У Citobacter freundii молекули LT i STa токсишв щентичш токсинам E.coli. [4,18]. У Klebsiella spp. I Enterobacter spp. видшеш ST-nofliÖHi ентеротоксини i виявлена продукщя LT-1 бшюв [23]. Один ¿з мехашзм1в fliapei зв'язаний з AE актившстю, виявлено! у ентерогенних культур Klebsiella pneumonia [21], Halma alvei [12] , Citrobacter zodentim, вперше виявлених у EPEC i ENEC.
Цитолетальний токсин (CLDT- cytoletal toxin) виявлено у клмчних штам1в E.colli , ¿зольованих вщ д1ети, хворих з ознаками fliapei. Цей токсин викликае збшьшення кл1тини, фрагментацш ядра та загибель протягом 96-120 год., що зв'язано з блокадою кл1тинного циклу, прол1ферацй', тому до нього особливо чутлив1 кл1тини крипт [26].
Шига-под1бн1 токсини (SLT), або некротоксини виявлен1 у EHEC та ¿нших бактер1й, що викликають rocTpi кишков1 ¿нфекц!! з явищами гемораг1чного кол1ту [9]. Одночасно SLT викликае пошкодження судии i стимулюе локальну скрец1ю 1Л-1, 1Л-8 , що веде до шфшьтраци слизово! оболонки нейтроф1льними гранулоцитами.
Представлен! даш вщображають значну к1льк1сть р1зновид1в та складшсть взаемов1дносин м1ж умовно-патогенними (опортушстичними) ентеробактер1ями та орган1змом господаря. Зад1яш виявляються як генетичн1, так i 6ioxiMi4Hi механ1зми, а також встановлеш, в1дносно недавно, механ1зми ¿ндукцй' надм1рного синтезу прозапальних циток1н1в, що мають при цьому однотиповий к1нцевий результат - д1арейний синдром.
Л1тература
1. Бондаренко В. М. Общий анализ представлений о патогенних и условно патогенниых бактериях. / В.М.Бондаренко // ЖМЭК - 1997, № 4. -С.20-26.
2. Бондаренко В. М. Факторы патогенности бактерий и их роль в развитии инфекционного процесса / В.М.Бондаренко // ЖМЭК - 1999. - №5 -С.34-39
3. Бондаренко В.М. «Острова» патогенности бактерий / В.М.Бондаренко / ЖМЭК - 2001. - №4. - С.67-74.
4. Бондаренко В.М. Секретируемые факторы патогенности энтеробактерий / В.М.Бондаренко, А.Р.Мавзютов // ЖМЭК - 2002. - №1. -С.84-89.
5. Бухарин О.В. Проблемы персистенции патогенов в инфектологии /О.В.Бухарин// ЖМЭК - 2006. - №4. - С.4-8.
6. Грачева Н.М. Клинико-микробиологические особенности острой кишечной инфекции /НКГрачова, В.М.Бондаренко, А.А.Зверев // ЖМЭК -2003. - №2. - С. 62-65.
248
7. Егорова Т.Н.Роль бактериальных токсинов в патогенезе гемолитико-уремического синдрома, вызываемого энтерогеморрагическими эшерихиями /Т.НЕгорова, В.М.Бондаренко, А.А.Зверева// ЖМЭК - 2001. - №1 - С..82-89
8. Мавзютов А.Р. «Островам» патогенности условно патогенных энтеробактерий /А.Р. Мавзотов, В.М.Бондаренко, С.В.Фиалкина // ЖМЭК. -2002. - №6. - С. 5-9
9. Маслянко Р.П. Сучасний погляд на в1русну д1арею телят / Р.П Маслянко, Б.М.Куртяк // Наук. вкник ЛНУВМ та БТ. - 2010. - Т. 12, - №2, ч.1. - С. 216-219.
10. Сварваль А.В. Липополисахарид персиний и его биологическая активность /А.В. Сварваль, Г.А. Ценова, О.А.Шендерович // ЖМЭК. - 2006. -№3. - С. 100-104.
11. Сиволоцкий Е.П.Пиразинамидазная активность бактерий семейства Enterobacteriaceae как таксономический признак / Е.П.Сиволоцкий // ЖМЭК. -№7. - С.88-90.
12. Петров Л.Н. QE системы у бактерш и перспективы создания нових пробиотических препаратов / А.Н.Петров, В.М.Бондаренко // Вестн. РАМЦ. -2006. - №2.
13. Петровская В.Г. Адгезины энтеротоксигенныих кишечных палычек: роль в патогенезе диарей и генетический контроль / В.Г.Петровская, В.М.Бондаренко // ЖМЭК.-1990. - №5. - С.110-117.
14. Петровская В.Г. Энтеротоксины энтеротоксигенныих E.coli: характеристика, механизм действия и генетический контроль / В.Г.Петровская, В.М.Бондаренко // ЖМЭК. - 1990. - №7. - С.92-98.
15. Царегородская Т.М. Цитокины в гастроентерологии / Т.М. Царегородская, Т.И.Серова - М., Анахарсис. - 2003.
16. Albert M. J. Hafnia alvei, propuble cause of diarreae in humans / M.J. Albert // Infect. Immunol. - 2001. - v.69. - P. 5012-5024.
17. Chakravority D. Interaction of lipopolysaccharide with human small lamina intestinal lamina propria fibroblasts fovors neutrophil migration and peripheral blood mononuclear cell adhesion by the production of proinflammatory mediators and adhesion molecules / D. Chakravority, K.S. Kumar // Bioch.Acta. -1999. - v.1453. - P.261-272.
18. Dong W. Locus of enterocyte effacement from Citrobacter rodentium: sequence analisis and evidence for horizontal transfer among attaching and effacing phatogenes / W. Dong B.A. Valance // Infect. Immunol. - 2001. - v.69. - P. 63336335/
19. Gonsalves N.S. Critical role for tumor necrosis factor alpha in controlling the number of luminal pathogenic bacteria and immunopathologue in infection colitic / N.S. Gonsalves // Ibid. - 2001. - v.69. - P. 6659-6659.
20. Guerin F. Bloody diarrhea caused by Klebsiella pneumonia: a new mechanisms of bacterial virulence / F.Guerin // Clin. Infect.Dis - 1998. - v. 37. - P. 648-649.
249
21. Hathaway L.J. Human monocytes kill Shigella flexneri butthendie by apoptosis assonated with suppression of proinflammatory cytokine production/L.J. Hathaway/Infect. Immunol.-2002.-v.70.-p.3833-3843
22. Henderson B. Bacterial modulins: a novel class of virulence factors which cause host tissue pathology by inducing cytokine synthesis / B.Henderson, S. Pode// Microb. Rev. - 1996. - v.60. - P.316-340.
23. Hogenauer C. Mechanisms and management of antibiotic-associated diarrhea / C.Hogenauer, H.F .Hammer / Clin.Infect.Dis. - 1998. - v.27. - P.702-710/
24. Janda J.N. Pathogenic properties of Edvardsiella species / J.M.Jandra // J.Clinic.Microbiol. - 1991. - v.29. - P1997-2001/
25. Klipstein F.A. Immunological properties of purified Klebsiella pneumonia heart-stable enterotoxin / F.A. Klipstein, R.F. Engert // Infect. Immunol. - 1983. -v.42. - P.838-841.
26. Musch M.V. T cell activation causes diarrhea by increasing intestinal permeability and inhibiting epithelial Na /K—ATPase / M.W. Musch, J.L. Clarce// J.Clin.Invest. - 2002. - v. 110. - P.1739-1497
Summary
The data of pathologenicity factors of opportunistic enterobacteria, including Enterobacter, Klebsiella, Proteus species are submitted. The genetic control and role of pathogenicity factors of opportunistic enterobacteria in development of diarrhea syndrome are presented. Data about adhesins, hemolysins, cytotoxic necrotizing factors and bacterial modulins are described. The characteristic of cytotonic and cytotoxic enterotoxins including shiga-like andcytolethal toxins, and mechanisms of diarrheagenic action are analysed. The role of bacterial lypopolysacharide (endotoxin) and induction of locally synthesized proinflammatory cytokins in pathogenesis of diarrhea are discussed.
Рецензент - д.вет.н., професор Зав1рюха B.I.
250
