CC BY
80
УДК 616.9:578.835.1:537.63
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИИ КИШЕЧНОЙ ПАЛОЧКИ ПРИ РАЗВИТИИ ИНФЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
ПОВЫШЕННОЙ НАПРЯЖЁННОСТИ
© Неман М. Абдулькадер, Калуцкий П.В.
Кафедра микробиологии, вирусологии, иммунологии Курского государственного медицинского университета, Курск
E-mail: [email protected]
Изучено влияние аномального магнитного поля, сопоставимого с геомагнитным полем региона Курской магнитной аномалии, на структуру популяций Escherichia coli по признакам вирулентности (гемолитическая, фибринолити-ческая, лизоцимная активность) и персистенции (антилизоцимная активность) в процессе экспериментальной инфекции. В условиях воздействия магнитных полей аномальных характеристик происходят изменения структуры популяций кишечной палочки, обеспечивающие не только развитие более тяжёлого инфекционного процесса, но и приводящие к увеличению его длительности с возможностью перехода в хроническую форму. Это проявляется в увеличении по сравнению с моделью инфекции при фоновых значения напряжённости геомагнитного поля в составе популяции клеток, обладающих гемолитическими и фибринолитическими свойствами, а также к 14-м суткам эксперимента - и антилизоцимной активностью.
Ключевые слова: кишечная палочка, гетерогенность популяций, факторы вирулентности и персистенции, экспериментальная инфекция, аномальное магнитное поле.
INFLUENCE OF A MAGNETIC FIELD OF THE RAISED INTENSITY ON DISPLAYS OF VIRULENT AND PERSISTENT PROPERTIES OF STAPHYLOCOCCI IN EXPERIMENTAL INFECTION
Neman M. Abdulkader, Kalutsky P. V.
Department of Microbiology, Virology, Immunology of the Kursk State Medical University, Kursk
The effect of the anomalous magnetic field, comparable to the geomagnetic field in the region of Kursk magnetic anomaly, on the structure of Escherichia coli virulence (hemolytic, fibrinolytic, lysozyme activity) and persistence (antilysozyme activity) has been studied during the experimental infection. In terms of the anomalous magnetic fields the characteristics of the structure of E. coli are changed, contributing not only to the development of a more severe infection, but also to an increase in its duration with the possible chronic form. It has been analyzed in comparison with the model of infection in background values of the geomagnetic field intensity in the cells population possessing hemolytic and fibrinolytic properties, as well as the 14-th day of the experiment - and antilysozyme activity.
Keywords: Escherichia coli, heterogeneity of populations, factors of virulence and persistence, an experimental infection, an anomalous magnetic field.
До настоящего времени остаётся недостаточно изученным эффект воздействия геомагнитного поля, относящегося к категории слабых магнитных полей, и особенно его аномальных характеристик, на различные инфекционные процессы, протекающие в организме. Имеющиеся как в отечественной, так и в зарубежной в литературе сведения о развитии инфекционной патологии в условиях воздействия магнитных полей неоднозначны. Подавляющее большинство работ в этой области посвящено исследованию воздействия сильных магнитных полей. Однако есть сведения, что слабые поля зачастую могут оказывать более выраженное действие, чем поля больших мощностей. Течение инфекционного процесса зависит как от иммунологической реактивности организма, так и биологических свойств возбудителя. Поскольку инфекционный процесс является результатом взаимодействия микро- и макроорганизма в определенных условиях среды обитания,
то оценка его динамики невозможна без анализа изменений характеристик возбудителей. При этом установлено, что состояние структуры популяции возбудителя может быть использовано в качестве индикатора направленности развития инфекционного процесса. Такой подход позволяет уловить малейшие тенденции этих изменений, которые еще не проявляются на уровне культуры в целом.
С учётом данных работ, выявивших изменение популяционной структуры различных микроорганизмов под воздействием магнитных полей повышенной напряжённости [1, 7], представляет интерес изучение динамики гетерогенности популяций различных микроорганизмов в процессе развития инфекционной патологии. В провед ен-ных нами исследованиях выявлены особенности реакции популяции Staphylococcus aureus в процессе формирования гнойно-воспалительного процесса [8]. Наряду с золотистым стафилокок-
ком среди возбудителей гнойно-воспалительных заболеваний выявляется и Escherichia coli. Поэтому целью настоящего исследования явилось изучение изменения структуры популяций E. coli по выраженности биологических признаков, определяющих патогенные и персистентные свойства.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Экспериментальная инфекция воспроизводилась путём внутрибрюшинного введения мышам линии CBAхC57BL6 взвеси суточной культуры E. coli в объёме 0,5 мл. Вскрытие мышей производили спустя 1, 3, 7 и 14 суток после заражения, выводя из эксперимента путём дислокации шейных позвонков. После этого извлекали селезёнку, которую взвешивали и гомогенизировали в асептических условиях с добавлением 1 мл изотонического раствора NaCl. Полученную суспензию и её разведения 1:10 и 1:100 в количестве 0,1 мл высевали на чашки Петри со средой Эндо для получения популяций кишечных палочек и определения обсеменённости органа (определение обсеменённости селезёнки считается одним из показателей, характеризующих тяжесть течения инфекционного процесса). В дальнейшем у выросших культур E. coli определяли структуру популяций (100-150 клонов) по выраженности биологических свойств, связанных с вирулентностью и персистентностью. Для этого изучали гемолитическую, фибринолитическую, лизоцимную и антилизоцимную активности клеток популяции кишечной палочки. Определение гемолитической активности проводилось на чашках с МПА, содержащих 3% взвеси эритроцитов барана. Фиб-ринолитическая активность исследовалась по усовершенствованному методу Кристи [9]. Определение лизоцимной и антилизоцимной активностей проводили по О.В. Бухарину с соавт. [2].
Моделирование воздействия аномального геомагнитного поля региона Курской магнитной аномалии (КМА) производилось при помощи установки, внутри которой создавалось постоянное магнитное поле с индукцией 3х10-4 Тл, вектор которого находился в суперпозиции с вертикальной составляющей вектора геомагнитного поля. Лабораторные животные помещались в магнитное поле за 2 недели до начала эксперимента с целью адаптации к условиям среды обитания. Животные контрольной группы находились при фоновых значениях естественного геомагнитного поля. Статистическую обработку и анализ данных проводили с помощью пакета программ Microsoft Office Excel 2007 для Windows 7.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение биологических свойств популяций кишечной палочки, выделенных от экспериментальных животных, показало, что в условиях воздействия фонового геомагнитного поля (ГМП) не отмечалось достоверных изменений в динамике процесса структуры популяции по гемолитической активности (рис. 1). Что касается фибрино-литической активности, то, несмотря на отсутствие статистически значимых изменений между показателями, определёнными на различные сроки эксперимента, процент фибнолитически активных клеток в составе популяции на 14-е сутки был выше исходных значений. Эта же закономерность была установлена и для изменений структуры популяций возбудителя по антилизоцимной активности. Гетерогенность популяций кишечной палочки, выделенных от мышей, находившихся в условиях фоновых значений напряжённости ГМП, по лизоцимной и антикомплементарной активности не имела достоверных отличий как между данными, полученными на различные сроки эксперимента, так и по отношению к исходным значениям.
Что касается воздействия искусственного магнитного поля, сопоставимого по своей напряжённости с геомагнитным полем региона КМА, то оно приводило к иной картине изменения структуры популяций кишечной палочки в процессе развития инфекционного процесса (рис. 2). Так, с развитием патологического процесса популяция возбудителя становилась более однородной по гемолитической активности - процент гемоли-тически активных клеток возрастал с 58,0±2,1% в исходной культуре до 77,6±1,7 - 78,8±1,2% на 714 стуки эксперимента. Достоверная разница в структуре популяций по фибринолитической активности по отношению к исходной культуре отмечалась на более ранних сроках по сравнению с развитием процесса в условиях фонового ГМП -уже на 7-е сутки. Что касается лизоцимной и ан-тилизоцимной активности, то в динамике инфекционного процесса статистически значимых изменений их значений не зарегистрировано. Сопоставляя же показатели, полученные в ходе пребывания мышей в аномальном магнитном поле, с данными, зарегистрированными при формировании патологического процесса в условиях действия фонового ГМП, можно отметить, что процент гемолитически активных клеток в составе популяций E. шИ, выделенных от животных в искусственном магнитном поле, были достоверно выше показателей, полученных в условиях фонового ГМП. Подобная же закономерность отмечалась и по фибринолитической активности. Зависимости
активность
Фибринолитическая
активность
Лизоцимная активность
Антил изоцимная активность
■ Исходные значения □ 1 сутки
3 сутки
ГГ 7 сутки
Рис. 1. Структура популяций Е. соИ, выделенных от мышей, находившихся при фоновых значениях геомагнитного поля.
■ Исходные значения
□ 1 сутки ^ 3 сутки
□ 7 сутки
□ 14 сутки
Гемолитическая
активность
Фибринолитическая
активность
Рис. 2. Структура популяций Е. соИ, выделенных от мышей, находившихся в условиях аномального магнитного поля.
неоднородности популяций кишечной палочки по лизоцимной активности от уровня напряжённости геомагнитного поля, в котором пребывали инфицированные животные, нами отмечено не было. Что же касается антилизоцимной активности, то к концу эксперимента число клеток, обладающих ею, в составе популяции микроорганизмов, выделенных от мышей, содержавшихся в аномальном магнитном поле, достоверно превышало таковое группы сравнения.
Сопоставление обсемененности селезёнки мышей (табл.) показало, что в контрольной группе она достоверно нарастала к 7-м суткам, после
чего следовало её снижение. В опытной же группе животных достоверного снижения к концу эксперимента не отмечалось. При этом на 1, 3 и 14 сутки от момента заражения количество колониеобразующих единиц на единицу веса исследуемого органа достоверно превышало аналогичные показатели, определённые у контрольной группы мышей.
Следовательно, при развитии у мышей гнойно-воспалительного процесса при внутрибрю-шинном введении кишечной палочки в условиях воздействия аномального магнитного поля происходит перестройка популяции возбудителя,
Таблица
Обсемененность селезёнки мышей в динамике инфекционного процесса
Группы мышей Обсеменённость по срокам исследования, микробных тел/мг
1 сутки 3 сутки 7 сутки 14 сутки
ГМП 41,0+5,0 865,0+36,0 1789,0+97,0 1312,0+67,0
Аномальное магнитное поле 61,0+7,02 1217,0+97,0^ 2 2107,0+267,01 1712,0+З01,01,2
Примечание: 1- достоверность различий показателей по отношению к значениям предшествующих суток эксперимента; 2- достоверность различий показателей по отношению к группе сравнения (ГМП).
свидетельствующая об адаптации микроорганизма к меняющимся условиям существования. При этом наряду с изменениями её структуры по таким факторам вирулентности, как гемолитическая и фибринолитическая активность, наблюдается и усиление проявления свойств, обеспечивающих персистентный потенциал микроорганизма. Это имеет важное значение в условиях постоянного действия на организм факторов, способных вызывать изменения как макро-, так и микроорганизма. Внедрение даже вирулентного микроба в макроорганизм еще не означает, что инфекционный процесс обязательно разовьётся. Особенности развития и течения гнойной инфекции являются результатом взаимодействия между болезнетворным микроорганизмом и восприимчивым макроорганизмом и в значительной степени зависят от того, каким набором патогенетически важных свойств обладает возбудитель. Попавший в организм возбудитель должен преодолеть действие факторов естественной резистентности организма человека (лизоцим, комплемент и др.) и в этом немаловажную роль играют факторы его перси-стенции [2, 3, 5, 6]. Поэтому в целях преодоления механизмов неспецифической зашиты бактериальная клетка располагает средствами дистанционного действия, среди которых антилизоцимная активность является одним из главных факторов [4]. Следовательно, установленные нами изменения структуры популяций по гемолитической и фибринолитической активности, более выраженные в условиях воздействия магнитного поля повышенной напряжённости, свидетельствуют об увеличении агрессивного потенциала популяции. Наряду с этим увеличение под действием аномального магнитного поля в составе популяции количества клеток, обладающих антили-зоцимной активностью, свидетельствует также и о повышении персистентного потенциала культуры. При этом данные изменения отмечались только к концу эксперимента, что можно расценить как адаптацию популяции возбудителя к условиям существования. Это косвенно подтверждается отсутствием нарастания обсеменённости
селезёнки и даже формированием тенденции к её снижению к 14-м суткам эксперимента.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что в условиях воздействия магнитных полей аномальных характеристик происходят изменения структуры популяций кишечной палочки, обеспечивающие не только развитие более тяжёлого инфекционного процесса, но и приводящие к увеличению его длительности с возможностью перехода в хроническую форму. Из этого следует, что в условиях развития инфекционного процесса в аномальных в геомагнитном отношении регионах лечебные мероприятия должны учитывать не только повышенную вирулентность, но и более высокие персистентные свойства возбудителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бельский В.В., Попов М.П., Калуцкий П.В., Киселева В.В. Биофизические и медико-биологические аспекты магнитобиологии. - Курск, 1997. - 143 с.
2. Бухарин О.В. Персистенция патогенных бактерий. -М.: Медицина, 1999. - 368 с.
3. Бухарин, О.В. Бактерионосительство (медикобиологический аспект). - Екатеринбург: УрО РАН, 1996. - 206 с.
4. Бухарин О.В. Межбактериальные взаимодействия // Журн. микробиол. - 2003. - № 4. - С. 3-8.
5. Бухарин О.В., Гинцбург А.Л., Романова Ю.М. Механизмы выживания бактерий. - М.: Медицина, 2005. -367 с.
6. Бухарин О.В., Валышев А.В., Гильмутдинова Ф.Г. и др. Экология микроорганизмов человека. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - 480 с.
7. Медведева О.А., Калуцкий П.В., Беседин А.В., Медведева С.К. Исследование пристеночной микрофлоры кишечника мышей в условиях аномального магнитного поля в норме и при экспериментальном дисбио-зе // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». - 2010. - № 2. - С. 15-20.
8. Неман М. Абдулькадер Влияние магнитного поля повышенной напряжённости на проявления вирулентных и персистентных свойств стафилококков при экспериментальной инфекции // Курский научнопрактический вестник «Человек и его здоровье». -2011. - № 4. - С. 122-126.
9. Смирнова А.М. Микробиология и профилактика стафилококковых инфекций. - Л.: Медицина, 1977. -216 с.
