Генетические основы патогенности бактерий

Генетические  основы патогенности бактерий

Главными факторами  патогенности бактерий являются адгезины, капсула, токсины, ферменты агрессии и инвазии.

Часть из них кодируется непосредственно  генами нуклеоида (например, капсула и ферменты у некоторых видов). Другая часть кодируется внехромосомными факторами наследственности – плазмидами и эписомами (см. выше). Плазмидные гены обычно определяют взаимодействие возбудителей с эпителием, а хромосомные – существование и размножение бактерий внеклеточно в органах и тканях.

Генетической основой для синтеза  факторов вирулентности являются так называемые генетические «острова» или «островки» патогенности, а также гены особой системы клеточной секреции. «Острова патогенности» – нестабильные участки ДНК размерами до 200 тыс Да, обнаруживаемые только у патогенных бактерий. Они часто являются местом интеграции бактериофагов и подвижных элементов генома. Известны острова, несущие гены адгезинов, различного типа токсинов, генов лекарственной устойчивости и т. д. Система секреции, в свою очередь, определяет одноэтапный транспорт эффекторных молекул из цитоплазмы к поверхности бактериальной клетки к месту их контакта с чувствительными клетками макроорганизма. Эти молекулы изменяют белки поражаемых клеток.

Распространение и передача генов вирулентности среди бактерий осуществляется несколькими путями. Одним из важных способов является фаговая или лизогенная конверсия. В этом случае клетка становится вирулентной только при наличии в геноме профага, кодирующего факторы вирулентности (в первую очередь – токсины). Так, дифтерийный токсин выделяют только те коринебактерии, у которых имеются tox-гены, полученные от умеренного фага. Часть лизогенных штаммов E.coli образуют цитотоксин, напоминающий по действию классический токсин Shigella dysenteriae.

Одним из наиболее распространенных механизмов передачи генов патогенности является и передача плазмид при конъюгации.

Плазмиды, несущие данные гены, делят  на плазмиды вирулентности и плазмиды устойчивости. Плазмиды вирулентности могут кодировать экзотоксины, адгезины или факторы инвазии.

Плазмиды устойчивости (R-плазмиды) передают информацию об устойчивости к антибиотикам и часто определяют множественную резистентность к  лекарственным препаратам. Интегрированные  опероны плазмид нередко содержат вместе гены антибиотикорезистентности и гены резистентности к тяжелым металлам.

Следует отметить, что возникающая  и постоянно повышающаяся устойчивость микроорганизмов к применяемым  лекарственным средствам стала одной из главных проблем современной химиотерапии. Штаммы бактерий, обладающие множественной устойчивостью к антибиотикам и антисептикам, определяют течение инфекционного процесса, особенно в госпитальных условиях. Примером здесь могут служить метициллин-резистентные штаммы золотистого стафилококка, нечувствительные к большинству применяемых антибиотиков.

У бактерий выделяют природную резистентность к лекарственным препаратам – генетически обусловленное отсутствие чувствительности микроорганизма к антибактериальным средствам (например, устойчивость вирусов к антибиотикам, грамотрицательных бактерий к пенициллину и т.п.) Приобретенная устойчивость возникает в результате мутации отдельных штаммов бактерий и селекции устойчивых клонов микроорганизмов или в результате обмена генетической информацией между отдельными бактериальными клетками.

Все эти процессы приводят к следующим  фенотипическим проявлениям антибиотикоустойчивости:

 Происходит превращение  активной формы антибиотика в  неактивную вследствие ферментативной инактивации или модификации (наиболее часто встречается выработка bb-лактамаз и цефалоспориназ – ферментов, разрушающих bb-лактамное кольцо пенициллинов, цефалоспоринов, монобактамов и карбапенемов;

 Осуществляется блокирование  специфических рецепторов для антибиотиков;

 Утрачивается проницаемость  клеточной стенки для данного  препарата;

 Изменяются структуры  клеточных мишеней для антибиотика  (например, пенициллинсвязывающих белков);

 Нарушается система  специфического транспорта данного химиопрепарата в бактериальную клетку;

 У микроорганизмов  может возникать альтернативный  путь получения жизненно важного метаболита, заменяющего основной путь, блокированный препаратом.

Частота случаев антибиотикоустойчивости  обусловлена двумя процессами: распространением генов, детерминирующих устойчивость, среди бактерий и распространением резистентных клонов бактерий среди восприимчивых организмов.

Образование устойчивых популяций микроорганизмов проходит через несколько этапов. Например, в результате спонтанной мутации возникают отдельные резистентные особи (или уже есть природно-устойчивые клоны) в бактериальной популяции (одна мутация на 10⁵-10⁷ микроорганизмов). Далее повышение количества резистентных особей происходит путем генетических рекомбинаций, на фоне действия антимикробного агента (искусственная селекция). Формирование лекарственно-устойчивых бактериальных популяций происходит и путем селекции за счет подавления роста чувствительных к препарату микроорганизмов (особенно при назначении низких доз антибиотика и частой смене препаратов). Завершается процесс распространением устойчивых штаммов от больных к больным и за счет носительства среди медперсонала.