с чем можно сравнить колонии возбудителя чумы на плотной среде

С чем можно сравнить колонии возбудителя чумы на плотной среде

Глава 26. Возбудитель чумы

Бактерии чумы открыты были Иерсеном в Гонконге в 1894 г. и в честь него весь род был назван иерсиниями. Большой вклад в изучение чумы внесли русские ученые Д. К. Заболотный, Н. К. Клодницкий, И. А. Лебединский, Н. Ф. Гамалея и индийские ученые, предложившие для лечения чумы стрептомицин.

К роду иерсиний относятся три вида бактерий:

Все представители этого рода грамотрицательные палочки, имеющие чаще овоидную форму и величину 0,4-0,7 × 1-2 мкм. Спор не образуют. У возбудителей псевдотуберкулеза и иерсиний энтероколитика имеются жгутики. Все иерсиний неприхотливы к питательным средам. Ферментативно они активны: расщепляют ряд углеводов с образованием кислоты.

Бактерии чумы продуцируют фибринолизин, гемолизин, гиалуронидазу, коагулазу.

Обычные концентрации дезинфицирующих растворов убивают их через 5-10 мин. Особенно они чувствительны к сулеме и карболовой кислоте.

Восприимчивость животных. Основными носителями чумы являются грызуны: сурки, суслики, тарабаганы; они обусловливают природную очаговость чумы. Очень чувствительны к чуме серые и черные крысы, мыши; восприимчивы также верблюды, лисицы, кошки. К экспериментальному заражению чувствительны мыши, крысы, морские свинки и др.

Источники заражения. Больные животные, в основном грызуны. Эпидемии у людей часто предшествуют эпизоотии у грызунов.

2. Воздушно-капельный путь (заражение человека от человека при легочной форме чумы).

Патогенез и формы заболевания. Входными воротами являются кожа и слизистые оболочки дыхательных путей и пищеварительного тракта. Возбудители чумы обладают большой инвазивной способностью. На месте проникновения возбудителя образуются папулы, переходящие в пустулу с кровянисто-гнойным содержимым. В патологический процесс вовлекаются регионарные лимфатические узлы, через которые микробы проникают в кровь, вызывая бактерифмию. С кровью они попадают во внутренние органы.

Иммунитет. Напряженный и продолжительный (в прошлые века в период больших эпидемий переболевших использовали для ухода за больными). Иммунитет обусловливается системой макрофагов. Большое значение имеет фагоцитарный фактор.

Профилактика. Общие мероприятия заключаются в ранней диагностике, изоляции больных. Установление карантина для людей, находившихся в контакте с больными. Проведение в очагах дезинсекции и дератизации. Защита медицинского персонала, находящегося в очагах, проводится введением стрептомицина и противочумной вакцины. Выполнение международных конвенций по профилактике чумы (дератизация и дезинфекция кораблей в портах). Охрана государственных границ.

Специфическая профилактика. В СССР применяют живую вакцину EV. Этот штамм был получен из вирулентной культуры путем последовательных пересевов возбудителя на питательные среды в течение 5 лет. Штамм потерял вирулентность, сохранив при этом иммуногенные свойства. Иммунитет длится около года. Вакцинируют только людей, которым угрожает опасность заражения.

Лечение. Стрептомицин, тетрациклин, специфический фаг и противочумный иммуноглобулин.

Большой вклад в изучение профилактики и лечения чумы внесли советские ученые М. П. Покровская и Н. Н. Жуков-Вережников.

Контрольные вопросы

1. К какой группе инфекций относится чума?

3. Какой токсин образует возбудитель чумы и какие Вы знаете ферменты патогенности?

4. Кто является источником и переносчиком чумы?

5. Какие формы заболевания вызывает палочка чумы?

Микробиологическое исследование

Цель исследования: выявление возбудителя чумы.

6. На вскрытии берут кусочки органов трупа, кровь, костный мозг.

Способы сбора материала

4. Люминесцентно-серологический метод (см. главу 2).

Методы серодиагностики не нашли широкого применения.

Первый день исследования

Посев. Незагрязненный посторонней флорой материал засевают на плотные и жидкие питательные среды (МПА и МПБ) с прибавлением к ним стимуляторов: кровь, сульфит натрия и др. Стимуляция роста необходима, так как посевная доза может быть недостаточной. Материал, содержащий постороннюю флору (мокрота, содержимое открытых язв), засевают на среду Туманского или среду Коробковой. Эти среды содержат генциановый фиолетовый (1:50000), подавляющий рост посторонней флоры. Посевы инкубируют в термостате при 28° С.

Биологическая проба. Биопробу ставят на морских свинках и белых мышах. Метод введения исследуемого материала зависит от характера материала. Мокроту, гной из открытого абсцесса вводят путем втирания в кожу брюшной стенки (предварительно кожу эпилируют, обрабатывают стерильным изотоническим раствором натрия хлорида и скарифицируют). На скарифицированный участок наносят исследуемый материал, втирая его плоской частью скальпеля, под прикрытием специальной воронки или стеклянной крышки от чашки Петри. Незагрязненный материал (кровь, содержимое закрытого бубона) вводят животным подкожно или внутрибрюшинно. В зависимости от метода введения животное погибает на 3-9-й день.

Посевы вынимают из термостата. Изучают рост на плотной и жидкой питательной среде.

Вынимают из термостата пробирки с культурой на скошенном агаре. На поверхности агара чумная палочка образует вязкий серовато-белый налет. Выделенную культуру проверяют микроскопически. При наличии типичных палочек проверяют сахаролитические свойства посевом на сахара: глюкозу, мальтозу, сахарозу, рамнозу, маннит. Ставят пробу с бактериофагом.

Производят учет результатов: 1. Ферментативные свойства (табл. 42).

Таблица 42. Ферментативные свойства возбудителей чумы

Ускоренный метод пробы с бактериофагом. Исследуемый материал наносят на 3 чашки со средой Туманского.

При наличии в исследуемом материале возбудителя чумы отмечают:

Проводят дифференциацию чумных бактерий от бактерий псевдотуберкулеза (табл. 43).

Таблица 43. Дифференциация возбудителей чумы и бактерий псевдотуберкулеза

Контрольные вопросы

1. Какой режим работы необходимо соблюдать при работе с возбудителями чумы?

2. Какие методы являются ведущими? В каких случаях следует прибавить в среду генциановый фиолетовый?

3. На каких животных ставят биопробу? Какие изменения обнаруживают у павших животных?

4. Как дифференцируют возбудителей чумы от бактерий псевдотуберкулеза?

Источник

Смертельный поцелуй чумы

Смертельный поцелуй чумы

Фрагмент картины Ханса Бальдунга «Смерть и девушка».

Автор

Редактор

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Возбудитель чумы как самая опасная бактерия в мире продолжает создавать угрозу безопасности мировому сообществу. Что делает его столь смертоносным? В статье рассмотрены основные причины уникальной патогенности чумного микроба на уровне биомолекул и их систем, а также обозначена перспектива поиска новых маркеров вирулентности.

Конкурс «био/мол/текст»-2017

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2017.

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».

Один монах, странствуя по белому свету, встретил Чуму, которая направлялась в его город.
— Ты куда это направляешься, Чума? — спросил он ее.
— Иду в твой родной город, — ответила она. — Мне нужно забрать там тысячу жизней.
Через некоторое время монах снова встретил Чуму на своем пути.
— Почему ты меня обманула тогда? — спросил он ее с укором. — Ты говорила, что должна забрать тысячу жизней, а забрала пять тысяч.
— Я тогда сказала тебе правду, — ответила Чума. — Я действительно забрала тысячу жизней. Остальные умерли от страха.

Жертвы чумы исчислялись сотнями тысяч и даже миллионами человек, вымирали города, становились безлюдными целые области, и ужас пандемий чумы затмевал ужасы всех войн, какие знала история человечества. Целые тысячелетия люди не понимали, что является источником заболевания [2].

Библия — одно из древнейших дошедших до нас свидетельств эпидемий чумы (1 книга Царств, глава 5; 4 книга Царств, глава 19, стихи 35–36). В мировой истории отмечают три пандемии этой болезни:

Крупные вспышки чумы регистрируют с определенной периодичностью (Индия — 1994 г.; Мадагаскар — 2011 и 2013 гг.). В США с 1965 по настоящее время ежегодно регистрируют до 40 случаев заражения людей чумой (в среднем 10 больных в год) [5]. В России в сентябре 2014 г. и в августе 2015 г. впервые за последние 35 лет были зарегистрированы два случая заражения человека чумой [6], [7].

В природе чумной микроб встречается практически на всех континентах, исключая Австралию, Антарктиду, а также Арктику, что обусловливает ежегодно регистрируемые случаи этой болезни. Стремительная эволюция микроорганизмов приводит к появлению популяций бактерий (штаммов), устойчивых к антибиотикам [9], что в случае с возбудителем чумы особенно опасно. Кроме того, этих бактерий могут использовать в качестве агента биотерроризма. Все вышесказанное объясняет необходимость изучения чумного микроба.

Возбудитель чумы Yersinia pestis — самая опасная бактерия в мире [10]. Что делает ее столь смертоносной?

Факторы вирулентности, или вооружен и очень опасен

Любые патогенные бактерии должны обладать целым рядом свойств: «способностями» к инвазии (внедрению), колонизации, противостоянию иммунным реакциям организма хозяина и токсичностью. Биомолекулы, осуществляющие эти функции, называются факторами патогенности (вирулентности).

Со времен открытия возбудителя чумы в 1894 году французом Александром Йерсеном и японцем Китасато Сибасабуро ученые пытались выяснить, что определяет патогенность Y. рestis. В результате многолетней тяжелой и рискованной работы, которая продолжается и по сей день, выделили следующие факторы патогенности возбудителя:

Белки внешней мембраны, или зачем возбудителю чумы шприц?

Изучение отдельных Yop-белков, а именно V- и W-антигенов, началось еще в 1956 году [16]. Описаны также YopM, YopN, YopH, YopE, YopD и другие белки [17]. Они подавляют развитие иммунных реакций, в частности, фагоцитоз, а при «заглатывании» микробов макрофагами (иммунными клетками) обеспечивают размножение возбудителя внутри макрофагов [11]. Белки внешней мембраны синтезируются только при температуре 37 °С и в условиях дефицита ионов кальция (low calcium response) [18]. Механизм действия Yop-белков — система секреции III типа — открыт в конце прошлого века [19]. Согласно этому механизму, чумной микроб, приблизившись к эукариотической клетке, впрыскивает эффекторные белки в цитоплазму (по принципу работы шприца с образованием особого канала — «иглы») (рис. 1) [20]. Особое внимание ученые уделяют V-антигену, так как на его основе создают химическую вакцину против чумы [21].

Рисунок 1. Схема действия системы секреции III типа.

Комплекс области пигментации, или может ли стать потребность в чем-либо фактором патогенности?

В ходе лабораторных работ исследователи установили, что чумной микроб может стать авирулентным (безопасным) для мышей. При высеве таких бактерий на питательные среды с гемином (железосодержащим веществом, образующимся при действии соляной кислоты на гемоглобин) они образуют неокрашенные колонии, в отличие от пигментированных колоний вирулентных штаммов. Так появился один из простейших способов определения вирулентности штаммов возбудителя чумы без использования лабораторных животных. Если популяция бактерий на среде с гемином (среде Джексона—Берроуза) «дает» рост пигментированным колониям, то она является опасной (вирулентной), если непигментированным — то не опасной (авирулентной) [22].

Активатор плазминогена, или двуликий Янус

Большое внимание уделяют омптинам — семейству протеаз наружных мембран, которые выполняют множество функций в бактериальной клетке, в том числе перенос различных веществ через внешнюю мембрану, и, в целом, способствуют адаптации микроорганизма к условиям окружающей среды. Один из них — активатор плазминогена (Pla) [25]. Еще до выделения Pla, специалисты приходили к противоречивым, на первый взгляд, выводам. С одной стороны, чумной микроб сворачивает плазму крови (плазмокоагулирующая активность), с другой стороны — предотвращает образование кровяного сгустка (фибринолитическая активность). Тем более удивительно, что обеими этими активностями, как впоследствии выяснилось, обладает один и тот же белок — активатор плазминогена. Оказалось, что при температуре ниже 30 °С Pla проявляет плазмокоагулирующую активность. В преджелудке зараженной блохи (переносчика чумных микробов) сворачивается кровь, поступившая из больного чумой грызуна, и образуется «блок» — резервуар для размножения иерсиний. При этом голодная блоха начинает активно кусать животное или человека, не чувствуя насыщения. При поступлении свежей порции крови возбудитель с «отрыжкой» блохи проникает в ранку и инфицирует ее. Попадая в другую среду с температурой 36–37 °С — температурой тела человека (или немного выше — теплокровного животного), — активатор плазминогена начинает действовать в прямо противоположном направлении: проявляет фибринолитическую активность — препятствует образованию кровяного сгустка в месте укуса и тем самым обеспечивает распространение возбудителя [26].

При вдыхании чумных микробов (и развитии легочной чумы) этот белок обеспечивает быстрое размножение бактерий в тканях легких и приводит к развитию молниеносной пневмонии и отеку легких, тогда как в отсутствии Pla инфекция не развивается в смертельную пневмонию. Установлено, что активатор плазминогена нарушает постоянство внутренней среды организма хозяина и блокирует иммунные реакции, направленные на уничтожение патогена [27].

Капсульный антиген, или скользкий тип этот возбудитель чумы

Бактерии окружены капсулой из слизистого вещества (фракция I, Fra1), которая препятствует поглощению и обезвреживанию Y. pestis иммунными клетками организма-хозяина в процессе фагоцитоза. На выявлении этого вещества-антигена основаны многие современные методы лабораторной диагностики чумы, оно входит в состав многих экспериментальных химических вакцин против чумы. Однако позднее обнаружили популяции бактерий, лишенные капсулы [28]. Кроме того, слизистая капсула есть у многих других микроорганизмов, например, возбудителя сибирской язвы, туляремии. Капсульное вещество иерсинии образуют при температуре 37 °С.

Пили адгезии (pH6-антиген), или «агент 007»

Специфический антиген pН6 (пили адгезии — мелкие ворсинки, белок PsaA) также синтезируется только при температуре 37 °С, но есть и еще одно условие — pН ниже 6,4 (что нашло отражение в его названии). Cчитается, что это значение рН близко к рН лизосом макрофагов или некротического содержимого абсцессов, где, вероятно, и синтезируется этот антиген. рН6-антиген ответственен за прикрепление чумных микробов к эпителиальным клеткам дыхательных путей и колонизацию их. Этот антиген интересен еще и тем, что подавляет фагоцитоз: при попадании иерсиний в кровь, pH6-антигены соединяются с аполипопротеинами В плазмы, что делает бактериальные клетки «невидимыми» для макрофагов [29]. Следовательно, в изначально агрессивном теплокровном организме хозяина популяции чумного микроба с рН6-антигеном имеют больше шансов на выживание, чем популяции возбудителя чумы без рН6-антигена — феномен селекции PsaA+ бактерий [30]. В природных очагах чумы выделяют только штаммы Y. pestis с рН6-антигеном.

Антигены, схожие с рН6, были обнаружены у ряда возбудителей, вызывающих менее опасные болезни — кишечные инфекции (Y. pseudotuberculosis [31], Y. enterocolitica [32], Escherichia coli [8]).

Температурный фактор, или то, что действительно имеет значение

Необходимо заострить внимание на особой роли температуры в физиологии чумного микроба. Именно при температуре 37 °С у него повышаются питательные потребности [33] и синтезируются практически все известные детерминанты вирулентности (рис. 2) [34]. У других бактерий подобная зависимость выражена в меньшей степени, что позволяет говорить о ведущей роли температурного фактора в вирулентности возбудителя чумы [8].

Рисунок 2. «Белковые портреты» чумного микроба, выращенного при температурах 28 и 37 °С соответственно.

Геном или все важное внутри

О секвенировании генома иерсиний, вызвавших «черную смерть» 1340 года, читайте в материале «Это чума» [3]. — Ред.

Помимо хромосомы у чумного микроба есть плазмиды — внехромосомные участки ДНК [38]. Большинство белковых факторов вирулентности закодированы на плазмидах: эффекторные белки на плазмиде pCad; капсула — pFra; активатор плазминогена — рPla (pPst, pPCP). Плазмиды pFra и рPla обнаружены только у Y. pestis (видоспецифические), pCad является общей с возбудителем псевдотуберкулеза (родоспецифическая) [20].

Заключение

Несмотря на успехи, достигнутые в изучении чумного микроба, вопрос о ведущих факторах вирулентности его возбудителя остается открытым. Так отмечена «неодинаковая агрессивность» штаммов Y. pestis, обладающих одинаковым набором известных факторов патогенности [8].

В настоящее время продолжается работа по выявлению новых, еще не изученных маркеров вирулентности [39]. С использованием 2D-электрофореза, масс-спектрометрии, полногеномного секвенирования проводят сравнительный анализ отличающихся по вирулентности популяций чумного микроба для выявления различий в их белковых спектрах и геномных последовательностях. Ранее не известные белки и участки генома становятся объектом пристального внимания и изучения как потенциальные детерминанты вирулентности.

Таким образом, патогенность возбудителя чумы — это множественный (полидетерминантный) признак. Соединение многих факторов в единое целое создает страшную угрозу чумных эпидемий, с противостоянием которым, однако, прогрессивное человечество успешно справляется.

Источник

С чем можно сравнить колонии возбудителя чумы на плотной среде

Природные очаги чумы существуют на всех континентах, кроме Австралии и Антарктиды, и занимают приблизительно 6-7% территории суши. В Азии, Африке, Северной и Южной Америке и на океанских островах насчитывается около 50 государств, на территории которых обнаружены или предполагается наличие природных очагов чумы. В Африке природные очаги охватывают отдельные регионы северной, западной, экваториальной и южной частей континента. В Азии энзоотичные по чуме территории расположены в ряде стран Южного (Индия, Непал), Юго-Восточного (Вьетнам, Мьянма, Индонезия, Таиланд, Камбоджа) и Восточного (Монголия, Китай) регионов. Природная очаговость в Америке отмечена в 15 штатах США, в 2 штатах Канады и в 1 штате Мексики. В Южной Америке природные очаги зарегистрированы в 6 странах (Аргентина, Боливия, Бразилия, Эквадор, Перу, Венесуэла) и на Гавайских островах. На территории СНГ насчитывается 43 автономных природных очага чумы, расположенных на Юго-Востоке России, в Волго-Уральском междуречье, Казахстане, Средней Азии, на юге Сибири, в Забайкалье, на Кавказе и в Закавказье.

Летальность зависит от клинической формы, срока начала лечения и составляет от 10 до 50%.

Основные эпидемиологические признаки.

Источники инфекции: больные животные и больной человек. Естественная инфицированность чумой выявлена почти у 250 видов животных, среди которых имеются представители 8 отрядов класса Млекопитающих.

Основными носителями в природных очагах чумы являются:

Переносчиками чумы являются эктопаразиты животных и человека (блохи, иксодовые и гамазовые клещи).

Чрезвычайную опасность для людей представляют больные чумой сельскохозяйственные и дикие промысловые животные (верблюды, сурки, зайцеобразные, лисы и др.), а также продукты и сырье животного происхождения (мясо, субпродукты, шкуры, кожа, шерсть).

Пути передачи возбудителя инфекции:

— трансмиссивный (при укусе блох, заразившихся на больных грызунах, верблюде или человеке);

— контактно-бытовой (через кровь, выделения больного человека, зараженных животных);

— воздушно-капельный и воздушно-пылевой (при снятии шкурок, рубке мяса, при контакте с больными первичной или вторичной легочной формами чумы);

— пищевой (при употреблении в пищу инфицированного мяса).

Кожная, кожно-бубонная формы встречаются сравнительно редко. При кожной форме, переходящей обычно в кожно-бубонную, выявляются изменения в виде некротических язв, фурункула, геморрагического карбункула. Различают быстро сменяющиеся стадии: пятно, папула, везикула, пустула. Язвы при чуме на коже отличаются длительностью течения, заживают медленно, образуя рубцы.

В комплексе мер профилактики и борьбы с чумой решающая роль принадле­жит мероприятиям, исключающим завоз инфекции из других стран и предупреж­дающим возникновение заболеваний в энзоотических очагах.

Для профилак­тики завоза чумы из других стран большое значение имеет строгое соблюдение всеми странами международных санитарных правил.