Факторы патогенности микроорганизмов

1.

Факторы патогенности
микроорганизмов
В.В. ЛЕОНОВ, 2013
Ханты-Мансийская государственная медицинская академия
Кафедра биологии с курсом микробиологии

2. Основные понятия и определения

Инфекция (от лат. Infectio - вносить нечто
вредное, заражать) – это взаимодействие
патогенного (болезнетворного) микроорганизма
и восприимчивого хозяина в определенных
условиях внешней среды.
Инфекционная болезнь – это крайняя степень
проявления инфекционного процесса, когда
образуется патологический очаг и появляется
специфическая клиническая симптоматика.
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

3. Движущие силы инфекционного процесса

1. Организм хозяина (макроорганизм)
2. Патоген (микроорганизм)
3. Внешняя среда
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

4. Патогенность и вирулентность

Патогенность (видовой признак)
- это
способность
определенного
вида
микроорганизмов вызывать соответствующий
инфекционный процесс у одного или нескольких
видов организма хозяина.
Вирулентность (индивидуальный, штаммовый
признак) – степень (количественная мера)
реализации патогенного генотипа вида каждым
конкретным
штаммом
по
отношению
к
конкретному индивидууму – хозяину.
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

5. Факторы патогенности

Факторы патогенности микроорганизмов – это
их патогенетические факторы (факторы, которые
приводят к характерной картине патологического
процесса).
1. Структурные компоненты клетки
2. Секретируемые факторы
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

6. Факторы патогенности

Классификация факторов патогенности
по назначению
1. Факторы адгезии и колонизации
2. Факторы вирулентности
-факторы инвазии
-факторы токсигенности (токсические субстанции)
3. Факторы защиты
- факторы агрессии
-антифагоцитарные факторы
-факторы персистенции
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

7. Факторы адгезии и колонизации

Адгезия (о лат. аdhaesio – прикрепление к чемулибо) – это способность клеток микроорганизмов
прикрепляться к различным поверхностям.
1. Неспецифическая адгезия
-броуновское движение
-электростатические силы
-силы Ван-дер-Ваальса
-гидрофобные взаимодействия
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

8.

Факторы адгезии и колонизации
2. Специфическая адгезия
Бактерия
Адгезин
Рецептор
Клетки
макроорганизма
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
Адгезины - это поверхностные
структуры микробных клеток,
посредством
которых
осуществляется прикрепление
микроба к рецепторам клеток
хозяина

9.

Факторы адгезии и колонизации
Адгезины грам- бактерий
-пили (маннозорезистентные и
маннозочувствительные –
I и IV типа)
-капсула и слизи
-липополисахарид
Адгезины грам+ бактерий
-тейхоевые кислоты
-поверхностные белки S-слоя
(белок М - стрептококков)
-капсула и слизи
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
Адгезия E. coli к эпителиальным
клеткам мочевыводящих путей
человека

10.

Капсулы и слизи

11.

Системы транспорта из бактериальной клетки
I
II
C
V
C
N
N
C
III
I
sec
C
АТФ
N
N
АМФ
Периплазма
N
II
АТФ
Наружная мембрана
АМФ
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
АТФ
C
АМФ
ЦПМ
sec
N
C

12.

Системы транспорта из бактериальной клетки
Секреторная система III типа
Нарушение ионной
секреции
Миграции ПМЯЛ
Энтеропатогенез
SipBCD
канал
доставки
SopA
SopA,B
SipA
SopE
Spt
InvJ
Реорганизация
цитоскелета
InvH и Prgl
Наружная мембрана
InvG
Пептидогликан
PrgK
PrgH
АТФаза InvC
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
ЦПМ

13.

Факторы инвазии
Инвазия
–
проникновение
микроорганизмов
в
и
распространение
межклеточных
пространствах
тканей организма хозяина и проникновения их внутрь
его клеток.
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

14.

Факторы инвазии
Плазмокоагулаза
способствует образованию фибриновых барьеров
Нейраминидаза
повышает проницаемость слизистых тканей
Гиалуронидаза
расщепляет соединительную ткань
Коллагеназа
Фибринолизин
расщепляет коллагеновые структуры в составе
мышечной ткани
растворяет сгустки фибрина
Лецитовителлаза
разрушает лецитин в мембранах клеток
Протеазы
разрушают антитела другие белки
Уреаза
разлагает мочевину на CO2 и NH3
Дезоксирибонуклеаза
(ДНКаза)
деполимеризует ДНК
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

15.

Факторы инвазии
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

16.

Факторы токсигенности
Токсины
–
это
регуляторные
элементы,
действующие в гетерологичных клеточных системах
вне
их
контроля
и
сдвигающие
равновесие
протекающих в них физиологических процессов
(Вертиев Ю.В., 1997).
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

17.

Факторы токсигенности
Экзотоксины
секретируемые
–
вещества
белковой
вирулентными
природы,
штаммами
микроорганизмов и оказывающие токсическое действие
на клетки и ткани организма хозяина.
Эндотоксины – вещества, входящие в клеточную
стенку и высвобождающиеся лишь при гибели клетки.
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

18.

Экзотоксины
Классификация по механизму действия:
1. Пороформирующие (цитотоксины)
2. Внутриклеточные (АВ-токсины)
3. Контактные (инъекционные)
4. Модулины
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

19.

Цитотоксины
1. α- Пороформирующие
2. β- Пороформирующие
3. Поверхностно-активные
Zh. I. Andreeva-Kovalevskaya, A. S. Solonin, E. V. Sineva, and V. I. Ternovsky Pore-Forming Proteins and Adaptation of Living Organisms to
Environmental ConditionsBiochemistry (Moscow), 2008, Vol. 73, No. 13, pp. 1473-1492.
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

20.

Гемолизины
Гемолизин
Fe
2+
Эритроцит
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

21.

Гемолизины

22.

АВх-токсины
•А-субъединица
обладает
энзиматической
и
токсической активностью в клетке (от англ. activ активная).
• В-субъединица состоит из двух функциональных
доменов:
рецептор-связывающего
транслокационного (от англ. binding - связывающая)
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
и

23.

АВх-токсины
•Первый бактериальный АВхтоксин выделен в 1888 г. Ру и
Иерсеном – дифтерийный
экзотоксин (гистотоксин)
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

24.

Классификация АВх-токсинов
• По структуре
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

25.

Классификация АВх-токсинов
• По молекулярному механизму поражения
внутриклеточных мишеней
АВхтоксины
Гидролазы
Трансферазы
АДФрибозилтрансферазы
Гликозилтрансферазы
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
Гликозидазы
Деамидазы
Протеазы

26.

Эндотоксины
Клеточная стенка Г- бактерий
CHRISTIAN R., H. RAETZ Bacterial Endotoxins: Extraordinary Lipids That Activate Eucaryotic Signal
Transduction // JOURNAL OF BACTERIOLOGY, 1993, Vol. 175, No. 18 p. 5745-5753
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

27.

через медиаторы воспаления
и иммунитета (модулин)
Токсемия – состояние, при
котором эндотоксин циркулирует
в крови
Токсинемия – состояние, при
котором экзотоксин циркулирует
в крови
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
Фосфат
Кор
Действует опосредованно
O
Липид А
Эндотоксин
О-цепь
Эндотоксины
NH
O
NH

28.

Эндотоксины
Функции кора и О-цепи
О-цепь
1. R,S-диссоциация
Кор
3. Антигенная изменчивость
2. Стабилизация наружной
мембраны Г- бактерий
4. Иммуногенность
5. Токсичность (меньше, чем у
липида А)
Липид А
Функции липида А
1. Стабилизация наружной
мембраны Г- бактерий
2. Токсичность (выше, чем у
кора и О-цепи)
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

29.

Эндотоксины
Структура липида А различных Г- бактерий
OH
O
O
HO
P
OH
O
O
O
O
HO
HO
O
O
O
O
NH
O
O
O
O
O
OH
O
O P
NH
O
O
O
O
P O
O
O
OH
O
O
OH
O
O
OH
O
O
OH
O
H 3C
H3C
H 3C
H3C
H3C
H3C
H 3C
O
O
O
O
H 3C
P OH
NH
O
NH
H3C
H3C
O
HO
Патогенный
Липид А E. coli
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
H3C
Непатогенный
Липид А Rhodobacter sphaeroides

30.

Эндотоксины
CD14
энтеробактерия
ЛПС
Свертывание крови
Воспаление
Разрушение
макрофага
ЛПС- связывающий
белок плазмы
TLR
макрофаг
Активация
свертывающей
системы крови
Синтез
простагландинов
(лейкотриены)
Активация
системы
комплемента
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
Выброс цитокинов (IL-1, IL-6,
IL-8, TNF- , хемокины)

31.

Экзотоксин и эндотоксин (сравнение)
Экзотоксин
Эндотоксин
1. Выделяются в окружающую среду
1. Освобождаются при разрушении
бактерий
2. Белок
2. Липополисахарид
3. Термолабильны (60-80°С, 10 мин)
3. Термостабильны (120°С, 30 мин)
4. Высокотоксичны
4. Слаботоксичны
5. Органо- и цитотропны
5. Не обладают избирательным
действием на клетки
6. Высокая иммуногенность
6. Слабые антигены
7. Легко обезвреживаются (0,3-0,4%
формалином 30 дней, 40 мин) –
анатоксин
7. Трудно обезвреживаются (ТХУ)
8. Образуются грам+ и грамбактериями
8. Образуют грамотрицательные
бактерии
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

32.

Факторы защиты
Защита от чего?
1. РФК
2. Гуморальных эффекторов иммунитета
(защита пептидогликана)
3. Клеточных эффекторов иммунитета
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

33.

Факторы защиты
Персистенция возбудителя (от лат. рersistere –
оставаться, упорствовать) – это форма симбиоза,
способствующая
микроорганизмов
длительному
в
хозяина.
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
переживанию
инфицированном
организме

34.

Биопленки
Биопленки (от англ. biofilm) – это совокупность
микроколоний
микроорганизмов,
прикрепленных
к
субстрату (поверхности) и ограниченных от окружающей
среды микробным (экзополимерным) матриксом.
Биопленка на внутренней поверхности
водопроводной трубы
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
Биопленка P. aeruginosa на
поверхности стекла

35.

Биопленки
Стадии образования биопленки
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

36.

Биопленки
Роль в медицине
1. Катетерассоциированные инфекции
2. Зубная бляшка
3. Хронические инфекции,
связанные с мочекаменной
и желчекаменной болезнью
4. Затруднение и
замедление проникновения
антимикробных агентов
Биопленка на поверхности
катетера. Электрон. микроскоп.
[http:// webs.wichita.edu]
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

37.

Генетика патогенности
«Острова патогенности» (PAI)
от англ. pathogenicity islands
Это блоки чужеродной ДНК в хромосоме бактерий
(Хакер,1997)
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

38.

«Острова патогенности»
Модель «PAI»:
Annu. Rev. Microbiol. 2000. 54:641-679. PATHOGENICITY ISLANDS AND THE EVOLUTION OF MICROBES,
Jörg Hacker, James B. Kaper
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

39. Некоторые факторы патогенности, закодированные в РАI

«Острова патогенности»
Некоторые факторы патогенности,
закодированные в РАI
1. Адгезины
2. Токсины
3. Системы поглощения железа
4. Система секреции III типа
5. Система секреции IV типа
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

40.

«Острова патогенности»
Elliott S.J., Yu J., Kaper J.B. // Infect. Immun., 1999. V.67. P. 4260-4263
Карта «островов патогенности» LEE ЭПКП (от англ. «locus
enterocyte effacement»)
Функционально LEE разделен на три домена:
1.Центральный еае, кодирующий
контакту E.coli с клеткой хозяина
интимин,
способствующий
2.Область, кодирующую секретируемые белки Esp
3. Область (большая) с генами esc и sep, кодирующими аппарат
секреции III типа
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

41.

Регуляция вирулентности
Гены, связанные с вирулентностью, регулируются
активаторами и/или репрессорами в ответ на внешние
стимулы
Никотиновая
кислота
Температура
Сульфат-ион
bvg
Двухкомпонентная регуляторная
система BvgS/BvgA у
Bordetella pertussis
регуляция
BvgS
fha
p
BvgA
Филаментозный
гемагглютинин
fim
Фимбрии
prn
Пертактин
ptx
Пертусиген
cya
Циклолизин
Bordetella pertussis

42.

Регуляция вирулентности
Системы поглощения железа
1. Прямое поглощение ионов Fe2+;
2. Восстановительное поглощение Fe3+;
3. Связывание трансферринов и ферритина;
4. Синтез гемолизинов (цитолизинов) и связывание
гема/гемпротеинов;
5. Синтез сидерофоров.
Fur (ferric uptake repressors) или DtxR (diphtheria toxin
regulator) – глобальный белковый регулятор экспрессии
генов, активирующих механизмы добывания железа и
вирулентность у бактерий
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

43.

Регуляция вирулентности
Химическая структура сидерофоров
M. Miethke and M. A. Marahiel Siderophore-Based Iron Acquisition and Pathogen Control MICROBIOLOGY
AND MOLECULAR BIOLOGY REVIEWS, 2007, Р. 413-451.

44.

Регуляция вирулентности
Индуцированный синтез гемолизина S. aureus 372 ионами Fe2+
ГА, %
ГА, %
60
ЖДС
4 мкмоль/л
50 мкмоль/л
исходная ГА
60
ГА
–
гемолитическая
активность
ЖДС – железодефицитная
питательная среда
40
40
20
20
0
0
5
10
15
t, ч
20
0
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии
0
5
10
1

45.

Регуляция вирулентности
Система «Quorum sensing»
Феномен
регуляции
работы
определенных
бактериальных генов в зависимости от плотности
клеточной популяции на основе принципа автоиндукции
получил название «чувство кворума» (QS) или
«социального поведения»
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии

46.

Регуляция вирулентности
O
R
O
N
H H
O
O
O
R
O
N
H H
O
OH
R
O
O
N
H H
O
Ацилгомосеринлактоны
ХМГМА
кафедра биологии с курсом микробиологии