Микоплазма

«Введение»

  В последнее время резко  возросла частота вирусной, микоплазменной и смешанной инфекции, борьба с которыми представляет значительные трудности в связи с развивающейся устойчивостью к антибиотикам и особенностями ответных реакций организма. Заболевания человека, вызываемые микоплазмами, объединяют в группу микоплазмозов. Возбудители этой группы инфекций - микоплазмы  - являются самыми мелкими, свободно живущими прокариотами. Согласно современной классификации, они относятся к семейству Мycoplasmataceae (N. Romano, et al, 1984). Это семейство разделяют на 2 рода - род Мycoplasma, включающий около 100 видов, и род Ureaplasma, в котором насчитывается только 3 вида. Широкий спектр заболеваний, вызываемых этими микроорганизмами, заставляет ученых в последнее время пристально изучать микоплазмы.Из числа микоплазм, выделенных от человека, 5 видов - M. pneumonie, M. hominis, M. genitalium, M. fermentans, U. urealiticum условно патогенны для человека.

M. pneumonie являются возбудителями респираторного микоплазмоза, М. fermentans и М. penetrans, по данным исследований последних лет, играют определенную роль в развитии СПИДа, а три другие - микоплазмоза урогенитального тракта.

  Какова роль микоплазм в организме человека? 
В организме человека с разной частотой  встречаются 14 видов микоплазм, но способны вызвать болезнь далеко не все из них:

  Mycoplasma pneumoniae (микоплазма пневмоние) возбудитель первичной атипичной пневмонии и микоплазменного бронхита (легочный микоплазмоз) у взрослых и детей.

  Mycoplasma hominis  (микоплазма хоминис), Mycoplasma genitalium (микоплазма гениталиум), Mycoplasma fermentans (микоплазма ферментанс), Ureaplasma urealyticum (уреаплазма уреалитикум) – обитает в мочеполовых путях здоровых людей. Предполагается, что именно этот вид микоплазм является возбудителем микоплазмоза половых органов (урогенитальный микоплазмоз).

  Цель: Ознакомится с историей открытия и исследований микоплазм, их разнообразии, биологических свойствах и распространении.

  Познакомится с современными представлениями о микоплазмах и заболеваниями вызываемыми микоплазмами — микоплазмоз 

 Задачи:

1. Дать представление о классификации микоплазм, их распространении.
2. Изучить общую характеристику микоплазм, биологические свойства, их морфологию,физиологию,устойчивость.
3. Ознакомится с заболеваниями,вызываемые микоплазмами.
4. Познакомить с диагностикой и подавлением микоплазменных инфекций.

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Микоплазмы: история открытия и изучения: до 1960 г.

    Открытие микоплазм произошло в конце XIX в. в связи с попытками выяснения природы плевропневмонии крупного рогатого скота (КРС) - смертельного заболевания животных, вспышки которого регистрировались в Европе с середины XVI в. Плевропневмония КРС сопровождается накоплением экссудата в соединительной ткани легких. Инъекции нескольких капель этой жидкости здоровому животному достаточно для возбуждения заболевания. В 1860 г. в Англии от этой болезни погибло более 60 000 коров. Попытки выявить возбудителя в вирулентной жидкости путем микроскопических исследований и культивирования на питательных средах долгое время оказывались безуспешными. Наконец, в 1898 г. в лаборатории Пастера патогенный агент удалось выделить ( Nocard et al., 1898 ). Выяснилось, что возбудитель плевропневмонии КРС способен проходить через асбестовые фильтры, а культивирование его возможно лишь на богатых средах, содержащих сыворотку крови. Возбудитель плевропневмонии КРС сначала был назван Asterococcus mycoides и лишь позднее - Mycoplasma mycoides . В 1923 г. из тканей овец, больных инфекционной агалаксией , был выделен микроорганизм, по свойствам похожий на возбудителя плевропневмонии КРС. Этот агент вызывал у животных воспаление молочных желез и суставов и заболевание глаз, приводившее к слепоте. В настоящее время этот микроорганизм известен как Mycoplasma agalactica . Все выделенные позднее микроорганизмы, характеризующиеся фильтруемостью и одновременно способные расти на стерильных средах, получили название PPLO (pleuropneumonia-like organisms) . В 40-х годах было установлено ( Eaton et al., 1944, цит. по: Тимаков, Каган, 1967 ), что интраназальная инокуляция мокроты людей, больных первичной атипичной пневмонией (ПАП) , хлопковым крысам и хомячкам вызывает у животных развитие негнойных пневмоний. Вскоре после этого были выявлены фильтруемость и резистентность возбудителя к пенициллину, а также возможность воспроизведения пневмонии при инокуляции его добровольцам. Возбудитель ПАП был назван агентом Итона и условно отнесен к вирусам. Доказательства микоплазменной природы агента Итона были получены после того, как микроорганизм удалось культивировать на бесклеточной среде оригинальной прописи ( Chanock et al., 1961 ). Инфекционный агент был назван Mycoplasma pneumoniae , а его патогенность была подтверждена при заражении добровольцев чистой культурой микоплазмы ( Вrunner et al., 1972 ).

Начиная с 1937 г. микоплазмы выделяют из урогенитального тракта человека (Тимаков, Каган, 1973 ). Эти микоплазмы вначале подразделяли по размерам и морфологии колоний на виды, образующие классические двухфазные колонии ( M. hominis , M. fermentans ), и Т-штаммы ( Ureaplasma urealyticum ), получившие такое название из-за малого размера колоний. Впервые U. urealyticum была выделена от мужчины, больного негонококковым уретритом (НГУ) , в 50-х годах ( Shepard, 1957 ). Однако этиологическая роль этой микоплазмы в развитии НГУ (и, следовательно, патогенность уреаплазмы для человека) была доказана в исследованиях по воспроизведению заболевания у добровольцев значительно позднее ( Taylor-Robinson, McCormack, 1979 ).

Несмотря на то, что с момента открытия микоплазм прошло более 100 лет, природа этих микроорганизмов для их исследователей в значительной мере остается загадкой. Нет другой группы бактерий, которая вызывала бы столько недоразумений при их идентификации. Поначалу микоплазмы считали вирусами, поскольку они могли проходить через фильтры, препятствующие прохождению обычных бактерий. В 30-х годах в результате выяснения природы вирусов стало ясно, что микоплазмы и вирусы представляют различные группы микроорганизмов. Однако микоплазма, обнаруженная в конце 80-х годов у ВИЧ-инфицированных пациентов с синдромом приобретенного иммунодефицита, опять была принята за новый вид вируса.

Достигнутые в 60-х годах успехи в изучении ультраструктуры микоплазм, их клеточной мембраны, генома и метаболизма способствовали признанию независимого таксономического статуса микоплазм и определению их как мельчайших и наиболее примитивно организованных самореплицирующихся организмов, принадлежащих к группе грамположительных бактерий.

Микоплазмы: история открытия и изучения: после 1960 г.

  Начало современной истории изучения микоплазм связано с реализацией в 60-х г. проекта по выявлению на Земле самых простых форм жизни и проверке концепции "минимальной клетки".

Первый крупномасштабный проект по прочтению всего генома микоплазмы был начат в 1990 г. в Гарвардской геномной лаборатории. Однако выбор объекта - M. capricolum - оказался неудачным, отчасти по причине сравнительно большого размера генома этой микоплазмы (более 1000 т. п. о.). В 1995 г., когда финансирование проекта было завершено, только 20 % генома было секвенировано и проанализировано ( Bork et al., 1995 ). В этой работе впервые были получены данные о значительной части генома M. capricolum, однако обобщение неполных данных могло бы привести к ошибочным выводам.

В Лаборатории молекулярной биологии (Гейдельбергский университет) под руководством профессора Р. Геррманна (R. Herrmann) для секвенирования был выбран геном M. pneumoniae размером около 800 т. п. о. За три года напряженной работы лаборатории поставленная задача была решена ( Himmelreich et al., 1996 ). Авторы впервые сконструировали космидную библиотеку, а затем секвенировали космиды и расположили их в исходном порядке, так что геном M. pneumoniae был неоднократно прочтен в обоих направлениях ( Himmelreich et al., 1996). Однако группа Р. Геррманна оказалась не первой, представившей полную нуклеотидную последовательность генома микоплазмы.

Почти одновременно сотрудники этого института приступили к расшифровке генома микоплазмы - M. genitalium . Эффективность работы команды по секвенированию генома M. genitalium была обеспечена мощью секвенирующего и информационного оборудования TIGR. Первая экстракция ДНК из клеток M. genitalium была выполнена в начале января 1995 г., а результаты определения полной нуклеотидной последовательности генома и ее анализ были представлены в журнале "Science" уже к 11 августа 1995г. ( Fraser et al., 1995 ). Это стало возможным в результате применения стратегии "shotgun" к целому геному без предварительного построения и упорядочения космид.

M. genitalium, являясь  самым малым среди микоплазм (и, таким образом, самым малым среди  известных свободноживущих организмов), представляет особый интерес. Предполагают, что этот геном содержит минимальный  набор генов, необходимых для  независимой жизни.

Вскоре после опубликования полной нуклеотидной последовательности геномов M. genitalium и Н. influenfae появилась полная последовательность генома M. pneumoniae , а в начале 2001 г. была представлена нуклеотидная последовательность генома еще одной микоплазмы -Ureaplasma urealyticum , что позволило описать клеточные процессы микоплазм в терминах молекулярной биологии, а также провести сравнительный анализ полных геномов микроорганизмов и выявить особенности их эволюции.

Биологические свойства

  Морфология. Микоплазмы обладают полиморфизмом:имеют вид кокков, нитей, ветвистых структур. Клетки имеют различную величину, которая по колеблется от 125 до 600 нм. Фильтруются через бактериальные фильтры. Грамотрицательны. Большинство – факультативные анаэробы, но имеются облигатные аэробы. Неподвижны. Вместо клеточной стенки они имеют трехслойную мембрану, цитоплазму с ядерной субстанцией, гранулами и вакуолями. Мембрана состоит из полярных липидов и протеинов. В отличие от бактериальных клеток в состав микоплазм входит стерол, составляющий до 20 % общего мембранного липида. Основным компонентом паразитических видов является свободный и этерифицированный холестерин, обеспечивающий энергию и структурную организацию клетки.

  Химический состав клетки: состоит из белка в количестве 59,80 %, общего азота — 11,2 % нуклеиновых кислот — 6,63 %, липидов — 5,10 %, и жирных кислот — 2,35 %. Количество белка в сухой массе микоплазм колеблется от 54 до 62 мг %, в его состав входит до 17 аминокислот. Кроме этого, белковый компонент включает различные ферменты, играющие основную  роль в метаболизме микробной клетки.

  Геном клетки микоплазм состоит из циркулярной двух спиральной ДНК. При этом репликация генома происходит, как правило, в одной точке роста. Полагают, что форма клетки зависит от цикла развития микроорганизма.

  Физиология. Микоплазмы, в силу своих структурных особенностей, слабо адаптируются на питательных средах. Одни штаммы вызывают помутнение среды, другие образуют легкую пленку. Одни штаммы растут в верхнем слое питательной среды, другие — в придонной части. На полужидких средах с ростовыми добавками микоплазмы растут по уколу или образуют взвешенные крошковатые колонии.

  На плотных питательных средах микоплазмы формируют характерные колонии, напоминающие яичницу-глазунью. При этом в первичных посевах рост начинается на 3 и 7 сутки, адаптированные штаммы растут значительно быстрее. В случае длительного культивирования микоплазмы в глубине агаровой среды образуют полосы преципитации, являющиеся следствием ферментной активности. Колонии прорастают глубоко, поэтому их снимают вместе с агаром. Размер колоний не превышает 2 мм. Бывают также колонии меньших размеров, которые можно видеть, вооружившись лупой или микроскопом.

  Колонии микоплазм, изолированные из патологического материала и принадлежащие разным видам, морфологически сходны. Подмечено, что увеличение периода инкубации повышает частоту выделения патогена. Поэтому посевы на питательных средах рекомендуется выдерживать до 10 дней.

  Рост микоплазм определяется присутствием различных питательных веществ. Из белковых веществ для их роста нужен альбумин, стерины, углеводы и витамины. Они нуждаются в РНК и ДНК и муцине. Микоплазмы и процессе роста избирательно потребляют аминокислоты, к тому же необходимо, чтобы эти аминокислоты были в определенных соотношениях. Незаменимыми при этом оказались аргинин, изолейцин, метионин, фенилаланин, аспарагин. Присутствие аминокислот, а также ДНК особенно необходимо в первичных посевах, когда микоплазмы еще не адаптировались к новым условиям. Подмечена также потребность микоплазм в фосфолипидах, солях желчных и жирных кислот.

  В процессе изучения метаболизма установлена биохимическая активность микоплазм. На основе этого признака микоплазм разделяют на        ферментативно активные и ферментативно неактивные. Первые сбраживают различные сахара, вторые не обладают таким свойством.

  Существует несколько гипотез репродукции микоплазм. Одна из них представляет их развитие как последовательную смену пяти фаз: зернистой, волокнистой, разветвления, образования цепочек и их распада на зерна. Согласно второй теории цикл развития микоплазм состоит из двух фаз. В первой фазе происходит образование гранул, во второй — разрыв волокон и отпочковывание шаровидных телец. Существует также мнение, что размножение микоплазм происходит по типу аутолиза, в результате которого появляются вакуоли, наполненные волокнистыми структурами. В последующем стенка вакуоли разрывается, содержимое оказывается в окружающей среде и цикл репродукции повторяется. Исследования в световом и фазовоконтрастном микроскопах показали, что началом репродуктивной субстанции является элементарное тельце, из которого вырастает гомогенная нить, несущая терминальное образование, такой же величины, что и элементарное тело. На весь цикл образования микробной клетки уходит 12—18 часов. Полагают о наличии в структуре микоплазм мицелиальных образований, хорошо просматриваемых при электронной микроскопии. Считают, что характер мицелия влияет на форму колоний. На этой основе различают три формы колоний: тип А, характеризующийся длиннонитчатым мицелием, тип В — с коротким, скудно развивающимся мицелием; третий тип — мицелий занимает промежуточное положение. Развитие мицелия обуславливается составом питательной среды, в частности, присутствием холестерина и видовой принадлежностью сыворотки.