Антигены микроорганизмов
Человек живет в огромном мире микробов, но лишь ничтожно малая часть их способна вызывать инфекционные заболевания человека. Существуют патогенные, условно-патогенные возбудители инфекционных заболеваний и сапрофиты. К возбудителям инфекционных заболеваний относятся вирусы, бактерии, грибы, одноклеточные и многоклеточные паразиты, прионы. Патогенность микроорганизмов обусловлена их вирулентностью (мерой патоген- ности), токсигенностью (способностью к образованию и выделению токсинов), адгезивностью (способностью фиксироваться на клеточной поверхности) и инвазивностью (способностью к распространению в тканях макроорганизма). Для развития инфекционного процесса доза возбудителя должна превышать порог, зависящий в каждом конкретном случае от вирулентности возбудителя, пути его проникновения и степени резистентности организма.
Вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами. После проникновения в клетку хозяина вирусы млекопитающих сбрасывают свою оболочку, а в процессе репликации используют субстрат этой клетки-мишени. В состав простейших вирусов входят нуклеиновые кислоты и несколько белков, составляющих вирусную оболочку (капсид). Более сложные вирусы имеют дополнительные белковые или липопротеиновые оболочки. Липиды и углеводы, входящие в состав оболочек, имеют обычно клеточное происхождение. В структуру вирусов входят РНК или ДНК, мем- браноподобный слой, гемагглютинин, липиды и нейраминидаза.
Вирусные антигены могут входить в состав самого вириона или быть вирусассоциированными и находиться в зараженной клетке. Антигены вируса можно обнаружить на поверхности клеток. Это гликопротеиды, образующиеся в результате встраивания вируса в клеточную мембрану, репродукции оболочечного вируса или выхода вируса из клетки. Для некоторых вирусов характерна ярко выраженная изменчивость антигенной структуры.
В отличие от вирусов, бактерии содержат как ДНК, так и РНК, размножаются путем бинарного деления. Бактерии (прокариоты), в отличие от клеток растений и животных (эукариотов), являются одноклеточными организмами, размером от 0,2 до 10 мкм. Различают 4 формы бактерий: шаровые (кокки), палочковидные (бактерии, бациллы, клостридии), извилистые (вибрионы, спирохеты, спириллы), нитевидные (хламидобактерии). Микробы обладают выраженным полиморфизмом и меняют свои свойства под влиянием температуры, питательных сред, лекарственных средств и др. Бактериальная клетка в зависимости от вида содержит геном, цитоплазму, споры, рибосомы, цитоплазматическую мембрану, жгутики, клеточную стенку, капсулу. В бактериях существуют плаз- миды, относящиеся к независимым репликонам. Плазмиды отличаются от фагов — они не обладают внеклеточными формами. Плазмиды опосредуют переносимую резистентность к препаратам.
Многие микроорганизмы способны к временному (факультативному) внутриклеточному паразитированию в организме хозяина. Наличие капсулы у многих видов бактерий обеспечивает им защиту от воздействия факторов иммунитета. Основой бактериальной клетки являются пептидогликаны, которые образуют тонкую прослойку, защищающую цитоплазматическую мембрану бактерий. Пептидогликаны представляют собой гетерополимеры и обладают выраженным иммуномодулирующим свойством.
Бактериальные соматические О-антигены являются термостабильными липопротеидами, выдерживающими нагревание до 80-100 °С. У подвижных бактерий различают жгутиковые Н-антигены, представляющие собой термолабильные белки, разрушающиеся при температуре 56-80 °С. У брюшнотифозных сальмонелл выделен термостабильный полисахаридный VI-антиген. Антигенная специфичность, позволяющая разделить микробы на серовары, обусловлена капсульными антигенами, состоящими из сложных полисахаридов. Антигенными свойствами обладают реснички (пили), мембрана, цитоплазма, ферменты, токсины бактерий.
Особое положение занимают возбудители прионных болезней. Прионы — клеточные белки, которые взаимодействуют с клеточными мономерными молекулами и превращаются в сложные стабильные комплексы с необычной конфигурацией. Инфекционностъ прионов заключается в их способности вызывать превращение нормальных белков в прионы. Прионы устойчивы к действию проте- олитических ферментов, кипячению, рентгеновским лучам, формальдегиду. Обезвреживания прионов можно достичь путем автоклавирования при температуре 138 °С в течение 1-2 ч.
Инкубационный период заболеваний, которые вызывают при- оны, составляет месяцы и годы. Первые случаи спонгиоформной энцефалопатии коров зарегистрированы в Англии в 1986 г., в 1987 г. их число составляло 20, а в 1999 г. — уже 169 ООО. В 1994 г. был введен запрет на использование костной муки, которая явилась источником заражения скота, а в 1996 г. — на экспорт говядины с территорий, где были случаи прионных заболеваний. Наибольшее число таких заболеваний зарегистрировано в Англии, Германии, Испании. Отдельные случаи губчатой энцефалопатии у коров наблюдались в Чехии, Японии, Греции, Канаде, Франции, Омане, Швейцарии, Нидерландах, Дании, Португалии. Аналогичная болезнь (скрепи) развивается у овец.
В 1996 г. в Англии описано 10 случаев прионных заболеваний людей, получивших название нового варианта болезни Крейгц- фильда-Якоба. В 2001 г. в Англии число заболевших достигло 107, единичные случаи болезни зарегистрированы во Франции, Гонконге, Ирландии. Передача заболевания связана с потреблением говядины, зараженной прионами. К категории прионных болезней относятся также синдром Герстманна-Штрауслера-Шейнкера, фатальная семейная бессонница, болезнь куру.
Основным резервуаром возбудителей инфекционных болезней человека являются больные люди, включая бактерионосителей и лиц, находящихся на стадии инкубационного периода. Природа предусмотрела большое разнообразие путей передачи возбудителей инфекционных болезней. Горизонтальная передача: воздуш- но-капельная, фекально-оральная, половой путь передачи, заражение через кожные покровы, инъекционная и трансмиссивная передача. Вертикальная передача: трансплацентарная, перинатальное заражение (при прохождении плода через инфицированные родовые пути), заражение с молоком матери.
При зоонозных и арбовирусных инфекциях существуют свои пути передачи возбудителя: при укусе человека инфицированными животными (бешенство), кровососущими членистоногими (природно-очаговые инфекции), при контакте с материалом, кон- таминированным возбудителями инфекционных болезней (сибирская язва).
Участки ткани, через которые происходит проникновение возбудителя в макроорганизм, называются входными воротами инфекций. В связи с этим различают капельные, кишечные, трансмиссивные инфекции и инфекции наружных покровов. Начальный этап инфекционного процесса включает внедрение микроорганизма, его размножение и распространение за пределы первичного очага. Инкубационный период — время от начала внедрения возбудителя до появления первых клинических признаков заболевания. Инкубационный период переходит в продромальную стадию (появление слабых признаков заболевания, носящих чаще неспецифический характер) или непосредственно в период острых проявлений, характерных для данного заболевания. Острый период заболевания завершается реконвалесценци- ей (постепенной или кризисной), далее следуют выздоровление и период реабилитации. В некоторых случаях наблюдается абортивное, стертое или атипичное течение инфекционного процесса. У лиц, ранее переболевших или вакцинированных против данной инфекции, патологический процесс протекает на уровне субклинических проявлений, иногда с коротким течением и быстрым выздоровлением.
Кроме острых и хронических инфекций, различают латентные, медленные, персистирующие инфекции, бактерио-, виру- со-, паразитоносительство, смешанные инфекции, вызванные бактериями, вирусами и паразитами. Особую группу инфекционной патологии составляет интоксикация, вызванная токсинами микроорганизмов.
Возможно заражение двумя или несколькими видами возбудителей, тогда возникают смешанные инфекции. Различают также вторичные инфекции, или суперинфекции, которые возникают на фоне имеющегося заболевания, а также реинфекции — случаи повторного заражения одним и тем же возбудителем, и рецидивы — обострение болезни под влиянием находящегося в организме возбудителя.
Изменяющиеся условия жизни человека и существования микроорганизмов приводят к появлению новых разновидностей микробов, новых свойств у ранее известных возбудителей (устойчивость к лекарственным средствам, факторам иммунитета и др.) и даже новых возбудителей инфекционных заболеваний. Изменения в генетическом аппарате возбудителей могут сопровождаться появлением неиммуногенных штаммов и преодолением ими межвидовых барьеров. На этом основано предположение, что вирус СПИДа является адаптированным к человеку вирусом обезьяны, чью кровь переливали человеку в 20-х годах XX века с целью лечения малярии (обезьяны обладают естественной устойчивостью к малярии).
Существует феномен инфекционной антигенемии, при котором наблюдается циркуляция антигена в крови. Обнаружение антигена с помощью ИФА, ПЦР и других методов стало эффективным средством ранней диагностики инфекционных заболеваний и оценки разных стадий инфекционного процесса. Использование этих методов показало, что присутствие в крови растворимых антигенов, эндо- и экзотоксинов, убитых и даже живых возбудителей инфекционных болезней не является редкостью. Весьма информативными оказались способы выявления антигенов в других биологических жидкостях: слюне, мокроте, моче. Антигене- мия возникает не только при инфекциях, но и в отдельных случаях после вакцинации.
Гиперантигенемия чревата возникновением интоксикации, иммунокомплексных осложнений, феноменов подавления иммунных реакций избытком антигена и т.п. С другой стороны, наличие инактивированного антигена в организме не всегда является опасным признаком, его присутствие в низкой концентрации в лимфоидной ткани обеспечивает развитие длительного иммунитета.
При ряде инфекций (холера, сальмонеллезы, дизентерия, гепатит В и др.) в крови можно обнаружить одновременно циркулирующий антиген и антитела, не образующие иммунный комплекс. Это объясняется недостаточно высокой авидностью таких антител или значительными различиями в концентрации циркулирующих антител и антигена. В условиях in vitro иммунный комплекс образуется в эквивалентной зоне его ингредиентов, которые не связываются или диссоциируют в избытке антител или антигена.
Острая фаза инфекционного процесса является противопоказанием к вакцинации против этой инфекции и других инфекционных заболеваний. Вакцинировать можно не ранее 2-4 нед после затухания острого инфекционного процесса. Сопутствующие хронические инфекции и инфекции, присоединившиеся в поствакцинальный период, замедляют формирование специфического иммунитета. В этом случае происходит более медленное образование антител и клеток, обеспечивающих развитие клеточного иммунитета. Особенно это опасно, когда неспецифический инфекционный процесс поражает входные ворота и подавляет местный иммунитет к тому возбудителю, против которого проводится вакцинация.
Возбудители инфекционных заболеваний могут содержать десятки и даже сотни антигенов разной специфичности, обеспечивающих формирование антиинфекционного иммунитета. Антигены — генетически чужеродные вещества, способные вызывать образование антител и эффекторов клеточного иммунитета. Иммунные реакции, вызванные антигенами, направлены на их связывание, нейтрализацию и выведение из организма. Способность антигенов вызывать иммунный ответ, обеспечивающий защиту организма от проникновения таких антигенов, называется иммуногенносгью. Иммуноген- ностъю обладают белки, полисахариды, полипептиды, нуклеиновые кислоты. Термин «иммуногенностъ» используется прежде всего для характеристики антигенов, участвующих в формировании антиинфекционного иммунитета. Способность антигена вызывать устойчивость против заражения называется протективной активностью. Она является главной характеристикой антигенов любой вакцины.
Антигенность (способность антигена вызывать образование антител и взаимодействовать с ними) не всегда совпадает с иммуно- генностью и протективной активностью антигенов. Например, очищенная фракция гликопротеина, полученная из респираторного синцитиального вируса, вызывает образование антител, которые не только не защищают, а, наоборот, усиливают поражение легких при последующем заражении вирусом. Этот феномен еще недостаточно изучен. Предполагается, что в основе ослабления резистентности может лежать ярко выраженная гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ), которая развивается после введения этого гликопротеина.
Не все антигены обладают протективной активностью (табл. 4). Протективные антигены находятся на поверхности микробной клетки, входят в состав пилей, клеточной мембраны или секрети- руются возбудителем в окружающую среду. Внутриклеточные компоненты нередко оказывают иммуносупрессивное действие. Ли- пидный компонент является носителем токсичности. Химическая природа протектиновых антигенов различна и зависит от вида возбудителя, в большинстве случаев протективными антигенами являются белки, гликопротеины и полисахариды.
Таблица 4. Антигены возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний
|