ЭВОЛЮЦИИ ПАТОГЕНОВ

О селективном воздействии микроорганизмов на эволюцию человеческого генома, влиянии патогенов - вирусов и бактерий - на судьбы народов и цивилизаций наш журнал уже рассказывал в 2006 г. А какие изменения претерпевают сами возбудители? Как они выживают, несмотря на постоянную борьбу с ними?

ВОЗНИКНОВЕНИЕ КЛОНОВ

Ныне четко прослежено формирование ряда возбудителей массовых болезней человека. Во многом это происходит под воздействием его социальной деятельности. Напрямую с ней связано, например, возникновение бактерии туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis).

Вообще-то первично почвенные микобактерии адаптировались к паразитированию в кишечнике животных и птиц и, соответственно, к фекально-оральному способу передачи в популяциях теплокровных. Систематический же контакт Homo sapiens с этим патогеном возник примерно 5 тыс. лет назад в процессе одомашнивания мелкого и крупного рогатого скота. Тогда в результате употребления молока европеоиды приобрели способность к расщеплению цельномолочной продукции за счет соответствующих ферментов не только в детском, но и в зрелом возрасте (в отличие от представителей всех других рас, утрачивающих ее по достижении половой зрелости). Этот фактор косвенно способствовал появлению адаптированного к человеку вида возбудителя болезни, о чем свидетельствует высокая сходность ДНК его и бычьего типов, а также то, что среди всех туберкулезных микобактерии люди, помимо M.tuberculosis, сохраняют восприимчивость только к полученной от животных M.bovis.

Исходно полученный от животных патоген в процессе паразитирования у человека изменялся, приобрел специфические свойства - в итоге сформировался вид M.tuberculosis. Ему свойственны высокая вирулентность и патогенность для нового основного хозяина - человека - при резком сокращении этой опасности для животных, а также уникальная способность к воздушно-капельной передаче. Зато бактерия практически не сохраняется в почве, в отличие от M.avium (еще одного вида туберкулезной палочки), способной без ущерба для себя находиться в подстилке курятников и почве под ней не менее 10 лет.

Еще пример того же рода: интродукция в XX в. в Сибирь из Канады грызуна - ондатры - вызвала мутацию вируса клещевого энцефалита в процессе его адаптации к незнакомому ранее природному резервуару. В результате возник возбудитель омской геморрагической лихорадки.

Несколько гипотез высказано о происхождении вирусов иммунодефицита человека. ВИЧ-1 эпидемически связан с регионами Африки, где широко представлены сходные ему, судя по геномам, вирусы приматов.

Статьи данной рубрики отражают мнения авторов (прим. ред.)

стр. 65

Трихинелла (Trichinella spiralis) - возбудитель трихинеллеза: a - кишечная форма (фрагмент); b - личинки (экспериментальное заражение); c - личинки в мышцах.

Полагают, что в первой половине XX в. произошло по крайней мере три независимых заноса этого возбудителя от шимпанзе в человеческую популяцию на территории Республики Конго. Что касается ВИЧ-2, то его "подарили" африканские дымчатые мангобеи (род обезьян), от которых патоген уже несколько раз попадал к людям.

Впрочем, перечень можно продолжить. Однако существуют и иные механизмы формирования возбудителей болезней человека. Скажем, развитие лекарственной устойчивости - в значительной степени результат направленной селекции микроорганизмов нерационально применяемыми антибиотиками. Выявлена четкая корреляция между уровнем продаж последних и распространенностью резистентности стрептококков (Streptococcus pneumonia). А ведь те же препараты с подобными последствиями широко используют при выращивании скота и птицы: ежегодно в мире производят 170 млн. т такого мяса.

Приспособительные возможности патогенов усиливает и плановая иммунопрофилактика. Из-за пресса, вызванного массовой вакцинацией населения, в популяции возбудителя происходят антигенные изменения, причем преимущественно распространяются клоны, не входящие в состав вакцин. Скажем, в 1990-е годы на фоне повсеместных прививок детей препаратом АКДС (против коклюша, дифтерии и столбняка) поднялась заболеваемость коклюшем в Австралии, Голландии, Канаде, США. Исследование циркулировавших там штаммов выявило существенное изменение их характеристик по сравнению с допрививочным периодом. Новые свойства приобрел возбудитель коклюша и в России: здесь его "дикий" клон серотипа 1.2.3, широко распространенный еще полвека назад, затем в значительной мере сменился серотипом 1.0.3, вызвавшим рост заболеваемости, ибо этот вариант отсутствовал в составе отечественной и зарубежной вакцин.

К подъемам эпидемий ведет также появление новых клонов вирусов и бактерий, не связанное с вакцинацией. Такой характер носили первая и вторая пандемии менингококкового менингита серогруппы A, в 1967 - 1968 гг. и в начале 1980-х не обошедшие и СССР. В 1995 г. возник клон ST-7, вызвавший тяжелые последствия в Чаде в 1998 г., а спустя год в Судане. Этот штамм произошел от менингококка, "ответственного" за пандемии 1960 - 1980-х годов.

В 1997 г. в Бразилии зафиксировали более 40 000 случаев заболевания корью и 42 смерти от нее. От больных выделили вирус генотипа B6. Тогда же он был отмечен и в других странах Южной Америки, поэтому можно предположить: указанная эпидемия носила клоновый характер.

ВИЧ среди наркоманов, использующих внутривенное введение психотропных препаратов, появился в России в 1996 г. и привел к взрывообразному распространению. За пять последующих лет число инфицированных им увеличилось в десятки раз, причем практически все они были заражены одним вариантом вируса ВИЧ-1. Уровень его генетической изменчивости составил всего 5%, что свидетельствует о недавнем проникновении этого клона на территорию страны. Кстати, нигде в мире данный вариант среди наркоманов не встречается. Вероятно, из Африки он попал в нашу страну самым коротким путем.

Увы, передовые научные технологии нередко влекут за собой и ранее не встречавшиеся проблемы. В последние годы в связи с интенсивными разработками в области трансплантологии появились опасения, что при пересадке клеток, органов и тканей животных (свиней, приматов) больным-реципиентам на фоне применения иммуносупрессивных препаратов возникнет риск заражения известными или пока неведомыми инфекционными агентами - ксенопатогенами. Не исключена опасность и более драматического развития событий - непредсказуемого эпидемического распространения "ксенозоонозов".

Словом, можно предположить: формирование возбудителей болезней человека происходило в результате перехода к паразитированию в его организме возбудителей болезней животных или ранее свободноживущих микроорганизмов. Однако эволюция патогенов

стр. 66

Анкилостома (Ancylostoma duodenale) - возбудитель анкилостомидоза.

Плоские черви класса цестод:

a - бычий цепень (Taeniarhynchus saginatus) - возбудитель тениаринхоза;

b - широкий лентец (Diphyllobotrium latum) - возбудитель дифиллоботриоза.

на этом не закончилась. Наиболее интенсивно она идет в наше время, когда на паразитов воздействуют химиотерапевтические препараты и вакцины.

Снижение вирулентности - один из механизмов уклонения паразита от факторов защиты хозяина. Патоген варьирует ее, стремясь обеспечить в макроорганизме высокую численность, гарантирующую ему передачу от одного хозяина к другому (ведь при низком иммунном барьере может развиться летальное заболевание, а оно резко снизит "шанс" дальнейшей передачи возбудителя).

Уменьшение тяжести клинической картины в процессе эпидемии отмечается при вспышках менингококкового менингита. Как правило, сначала регистрируется большое число молниеносных форм, когда летальный исход наступает через несколько часов после заражения. Позднее, особенно в конце события, такие случаи практически не наблюдаются или их доля ничтожна. Предполагается, что смягчение клинических проявлений связано со снижением патогенности циркулирующих штаммов в результате пассирования через иммунные организмы переболевших.

Падение уровня болезнетворности зафиксировано и у вирусов полиомиелита. По молекулярным данным распространение этого возбудителя в природе и репликация его в индивидуальном организме сопровождаются накоплением мутаций из-за неточностей в копировании молекул РНК. Эти дефекты "подтачивают" полиовирус. Впрочем, в результате естественной гибридизации жизнеспособность и вирулентность могут скачкообразно возрастать, приводя к эпидемическим вспышкам.

Сотрудники нашего института наблюдали снижение болезнетворности возбудителя зоонозного кожного лейшманиоза (Leishmania major) при культивировании на питательных средах - он утрачивал способность вызывать заболевание человека. Тем не менее пассирование его через высоковосприимчивых лабораторных животных приводит к резкому скачку уровня патогенности и возврату способности вызывать патологический процесс у людей. Болезнетворность возбудителя повышается и при ослабленном иммунитете (очень часто в этом повинны гельминты). Более того, в таком организме могут паразитировать даже условно-патогенные микробы. На фоне описторхоза (преимущественно болезнь людей и кошек, заражающихся при употреблении в пищу речной рыбы; вызывается червем-сосальщиком описторхисом) резко увеличивается частота развития тяжелых форм туберкулеза, плохо поддающихся терапии. Трихинеллез же (болезнь человека и животных, провоцируемая круглым червем трихинеллой) способен подавлять трансплантационный иммунитет.

В качестве иммуносупрессантов могут выступать и неблагоприятные факторы среды обитания. Уникальный результат техногенного воздействия обнаружили в 90-е годы XX в. директор Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (г. Оренбург), член-корреспондент РАН, академик РАМН Олег Бухарин с коллегами. Они показали, что вокруг производств с интенсивными химическими загрязнителями среди населения чаще циркулируют патогенные и токсигенные микроорганизмы, чья доля прогрессивно снижается по мере удаления от промышленного объекта.

"НОВЫЕ" СВОЙСТВА ВОЗБУДИТЕЛЕЙ

В 1985 г. американский ученый Роберт Колвелл открыл некультивируемые формы бактерий, сохраняющие жизнеспособность и вирулентность. И стало ясно: представление о судьбе патогенов в окружающей среде, основанное только на бактериологических исследованиях, неполно. Состояние паразита, считавшееся "отмиранием", на самом деле оказалось адаптивной изменчивостью. А переход микроорганизмов в покоящееся состояние сопровождается снижением уровня метаболизма и прекращением размножения. Такие покоящиеся формы ряда бактерий, включая вызывающих холеру и чуму, обнаружены в водоемах и почвах на эндемичных и энзоотичных территориях. При смене условий они реверсируют и вновь способны вызвать эпидемию. Эти механизмы обеспечивают сохранение

стр. 67

возбудителей в неблагоприятные межэпидемические или межэпизоотические периоды.

Циркуляция инфекционного агента в крови - характерная особенность течения многих болезней. При этом в организме, пораженном классическими инфекциями (брюшной тиф, дизентерия), формируются морфологически измененные возбудители, не выявляемые методами традиционной бактериологии. Ранее считалось, что Л-формы (микробы без клеточной стенки) и некультивируемые формы бактерий (не обнаруживаемые при стандартном лабораторном культивировании) образуются исключительно во внешней среде. Сейчас доказано: это происходит и в организме больного, а выделяясь во внешнюю среду, они переходят в вегетативные формы вне тела человека, обеспечивая развитие эпидемического процесса.

Способность микроорганизмов создавать сообщества известна давно. Однако долгое время представлялось: это крайне примитивная форма их анонимного скопления без какой-либо внутренней структуры - лишь громадная масса одинаковых элементов. Открытием микробиологии стали механизмы активного "общения" бактерий. Оказалось, они - не "бессловесные твари", а сущности, активно взаимодействующие между собой. За последние несколько лет показано, что для своего выживания, как и люди, они широко используют преимущество коллективного поведения. Само же "общение" обеспечивается низкомолекулярными химическими соединениями, чье разнообразие сопоставимо с бытовым словарным запасом человека.

Феномен такого взаимодействия назван "quorum sensing" (чувство кворума)*. Сигнальные молекулы накапливаются во внеклеточной среде и по достижении критической концентрации активируют конкретные гены. Указанный процесс автоиндукции участвует в запуске выделения антибиотиков, формировании биопленок, а также продукции факторов патогенности у многих бактерий. Новейшие данные указывают, что последние продуцируют и сигнальные молекулы, способные стимулировать, подавлять или инактивировать болезнетворный потенциал других микробов. По современным представлениям ключевые факторы для развития инфекции - это регулируемые "quorum sensing" численность и совокупная вирулентность микроорганизмов.

Социальным поведением патогенных бактерий объясняется и такая функция, как образование специальных структур - "биопленок". Их создание - одна из основных стратегий выживания микробов в окружающей среде, поскольку в составе биопленки они защищены от антибактериальных препаратов, включая антибиотики, бактериофаги или фагоциты. Образование указанных структур лежит в основе большого числа болезней человека: муковисцидоза легких, туберкулеза, хронического отита и кариеса зубов.

Формирование биопленки начинается с прикрепления к твердой поверхности единичной бактериальной клетки, выделяющей полисахариды. В ходе последующего ее деления образуется колония уже внутри полисахаридного матрикса, а в результате складывается высокоорганизованное сообщество, иногда состоящее не из одного вида бактерий. Внутри структуры они не только необратимо прикреплены к субстрату и к друг другу, но и защищены продуцируемым ими внеклеточным полимерным матриксом. Живая полноценная биопленка по объему состоит из клеток (15%), окруженных матриксом (85%), что обеспечивает многократно повышенную по сравнению с "живущими на свободе" аналогами устойчивость членов сообщества к антимикробному воздействию.

Недавно немецкие исследователи показали: бактерии путем посылки сигнала могут модулировать некоторые физиологические процессы организма хозяина - эти механизмы их взаимодействия получили название "cross-talk" (общение через барьеры). То есть по типу "quorum sensing" может регулироваться не только широкий спектр физиологических процессов самих бактерий. Автоиндукторы бактериального происхождения, продуцируемые микрофлорой человека, способны вызывать патофизиологическую перестройку некоторых функциональных систем макроорганизма.

* См.: В. Бондаренко. Микрофлора человека: норма и патология. Наука в России, 2007. N 1 (прим. ред.).

стр. 68

Возбудители опасных заболеваний:

a - штамм вируса птичьего гриппа (H5N1);b - вирус ВИЧ-1.

Новые данные о существенно более сложной организации микроорганизмов позволили расшифровать ранее неизвестные этапы патогенеза инфекционных и некоторых считавшихся соматическими болезней человека. Изучение социального поведения бактерий открывает и пути создания новых антимикробных препаратов.

НЕИЗВЕСТНЫЕ ВОЗБУДИТЕЛИ ИЗВЕСТНЫХ БОЛЕЗНЕЙ

Среди инфекционистов существует устоявшееся мнение, полностью разделяемое автором данной статьи: "Все болезни человека делятся на две категории: инфекционные и безусловно инфекционные". Догадки о природе подавляющего большинства даже считающихся соматическими, высказывались многократно. Еще в начале XX в. выдающийся отечественный биолог и патолог Илья Мечников (нобелевский лауреат 1908 г.) писал: "Есть основание предполагать, что ... сахарная болезнь развивается под влиянием микробов...". И далее: "...с развитием научных методов удастся обнаружить паразитов злокачественных опухолей" и других болезней, среди которых ученый упоминал сердечно-сосудистые и психические.

В настоящее время накапливаются новые факты в подтверждение инфекционной природы сердечно-сосудистых заболеваний. В качестве одного из возможных возбудителей подозревают хламидии, в частности Chlamidia pneumoniae. В их этиологии доказана роль некоторых гельминтов. В результате гематогенного заноса яиц кишечных трематод - гетерофиид и метагонимусов - развиваются миокардит и хроническая сердечная недостаточность. Так, считается, что 15% летальных исходов кардиозаболеваний на Филиппинах - результат гетерофиидного миокардита. Эти гельминты также распространены на Дальнем Востоке России, однако влияние их на сердечную патологию в нашей стране не изучали.

Аллергический миокардит - одно из наиболее частых органных поражений при трихинеллезе и чаще всего причина гибели от него (подобное осложнение возникает также при описторхозе). Развитие миокардита при трихинеллезе совпадает с гибелью личинок в миокарде, деструкцией мышечных волокон, поступлением в ткани специфических антигенов паразита. Сотрудниками нашего института очаговые инфильтраты с примесью эозинофилов (лейкоцитов, участвующих в аллергических реакциях организма) и погибающими личинками обнаружены в тканях сердца в летальных случаях при трихинеллезе человека и в эксперименте.

При другой грозной патологии - онкологических болезнях - инфекционная природа многих патогенов также не оставляет сомнения. Например, вирусы гепатита B и C вызывают рак печени, возбудитель описторхоза - холангиокарциному, папиломавирусы 16-го и 18-го типа - наиболее частая причина рака шейки матки и мочевого пузыря, вирус Эпштейна-Барра способен индуцировать злокачественные опухоли носоглотки и желудка, лимфогранулематоз, возбудитель язвенной болезни - фактор риска аденокарциномы желудка. Установлена канцерогенность ряда гельминтов. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) до 84% некоторых форм злокачественных новообразований имеют инфекционную природу.

Некий парадокс заключается в том, что на фоне повышенного "обывательского" интереса к проблеме новых инфекций остается "не замеченным" то, что большинство среди так называемых "новых инфекций", перечень которых периодически появляется в изданиях ВОЗ, представляют болезни, ранее считавшиеся соматическими, но в последние годы у них обнаружен возбудитель.

Концептуально идентификация инфекционной природы болезни связана с обнаружением возбудителя, его компонентов или токсинов у больных людей. При этом возбудитель может находиться непосредственно на месте патологического процесса, циркулировать по всему организму, локализоваться в анатомически отдаленной от пораженного органа части тела. В последнем случае токсины или продукты обмена, выделяемые микроорганизмом в жидкие среды макроорганизма, чаще всего в кровь, вызывают специфический патогенный эффект.

Впервые требования для доказательства этиологической роли инфекционного агента при заболевании были сформулированы немецким микробиологом Робертом Кохом в 1890 г. (нобелевский лауреат 1905 г.). При следующих условиях паразит мог рассматриваться как причина болезни: встречается в каждом ее случае и в обстоятельствах, которые могут отвечать за патологические изменения; агент не встречается при другой болезни как случайный или непатогенный; чистая его культура вызывает недуг при введении человеку или животным.

Вскоре после публикации выяснилась ограниченность данных постулатов. Было обнаружено бессимптомное носительство многих патогенов и невозмож-

стр. 69

Возбудители туберкулеза.

Плазмодии (Plasmodium vivax) - возбудители малярии.

ность культивирования целого ряда возбудителей, выявляемых прямой микроскопией. Например, сегодня в практике культивируются только 7 - 50% истинного числа анаэробов (микроорганизмов, способных жить без атмосферного кислорода).

Новым подходом стала идентификация геномных последовательностей нуклеиновой кислоты, относящихся к предполагаемому патогену. Последние присутствуют в большинстве случаев болезни и обнаруживаются преимущественно в пораженных органах, а не в тех, где патология отсутствует. С выздоровлением число копий последовательностей нуклеиновой кислоты снижается. Именно так был открыт вирус гепатита C (наиболее опасной формы этого вирусного заболевания) и вирус TT, также вызывающий поражения печени.

Другая проблема идентификации возбудителя в том, что многие болезни возникают только при сочетающемся заражении несколькими патогенами. Это обстоятельство имеет большое значение при постановке правильного диагноза и назначении адекватной терапии. Описаны заболевания, вызванные семью и даже восемью возбудителями одновременно. Выявление микробных сообществ - маркер не только тяжелого течения патологического процесса, но и неэффективности применяемого лечения. При этом между разными видами микроорганизмов возникает отношение синергии (совместного влияния).

Особенность клинического течения СПИДа - сочетание вирусных [гепатит C (68%), гепатит B (48%)], грибковых (66%) и бактериальных (46%) инфекций. Например, присутствие в организме ВИЧ ускоряет развитие цирроза печени у больных хроническим гепатитом C.

Вследствие недостаточной информированности врачей о смешанных и сочетаемых паразитоценозах в повседневной практике воспалительные заболевания репродуктивных органов малого таза чаще всего расценивают как моноинфекции. Причем обнаружению микроорганизмов в отличие от возбудителей паразитозов (болезнетворных простейших) в патологическом материале придается столь большое значение, что любой выявленный микроб считается основной причиной заболевания (возбудителем), а другие "соучастники" не диагностируются. Бывает и противоположная ситуация, когда обнаружение антител к любому микроорганизму выдается за доказательство его этиологической роли в развитии конкретного заболевания. Оба этих подхода при их абсолютизации затрудняют установление правильного диагноза.

На фоне существующих проблем с идентификацией даже известных патогенов, полученных от больных классическими инфекционными болезнями, понятны трудности, с которыми сталкивается исследователь при попытке выделить неизвестный возбудитель при соматической патологии. Тем не менее такие попытки продолжаются. Интенсивно идет поиск инфекционного агента, вызывающего атеросклероз. Получены данные, свидетельствующие о вероятной патогенной роли хламидий, вируса простого герпеса и цитомегаловируса. Предполагается этиологическая роль папилломавируса 5B типа в возникновении псориаза. Высказаны обоснованные предположения о связи ряда психических расстройств с группой вирусов Борна (возбудители разновидности инфекционного энцефаломиелита). Методом трансмиссионной электронной микроскопии удалось доказать активное участие патогенных микроорганизмов в развитии некоторых болезней, ранее считавшихся неинфекционными (нейроциркуляционная дистония, артериальная гипертония подростков). Применение специальной антибактериальной терапии у таких пациентов позволяет купировать недуг.

В заключение подчеркну: только идентификация реального возбудителя позволит поставить профилактику всех болезней на реальную основу и уйти от "эмпиризма" в этом важном вопросе.