Збудник туберкульозу, його властивості
Виникнення і перебіг туберкульозу залежать від особливостей його збудника, реактивності організму і санітарно - побутових умов. Сучасна назва збудника - мікобактерія туберкульозу (met, МБТ). Стара назва - бактерія Коха (БК).
24 березня 1882 p. P. Кох продемонстрував чисту культуру збудника під мікроскопом, також він довів його інфекційну природу, заразивши тварин. Тому мікроб названо його ім'ям (ВК - bacillum Kochii). Слід зазначити, що 18 березня 1882 р. Баумгартен, також німецький вчений, показав паличку туберкульозу, виділену з органів кролика, ураженого туберкульозом, але тільки під мікроскопом.
Збудник туберкульозу належить до роду мікобактерій, родини актиноміцетів і класу шизоміцетів. До роду мікобактерій належать також збудник лепри і велика група сапрофітів, які зустрічаються в смегмі, виділенні з вух, у харкотинні при бронхоектазах, а також кислотостійкі мікроорганізми, що вегетують на слизових оболонках людини, у вершковому маслі, молоці, на рослинах, у воді, ґрунті тощо.
За патогенністю для людини і для окремих видів тварин мікобактерії поділяються на 2 групи.
Перша група — власне патогенні мікобактерії туберкульозу, серед яких виділяють три види: М. tuberculosis - збудник туберкульозу людини, М. bovis - збудник туберкульозу рогатої худоби, М. africanum.
Друга група - атипові мікобактерії, серед яких є сапрофіти - не патогенні для людей і тварин
Умовно патогенні мікобактерії - за деяких умов можуть викликати мікобактеріоз, який нагадує туберкульоз.
Атипові мікобактерії. За класифікацією Е. Н. Runyon вони поділені на чотири групи залежно від швидкості росту і пігментоутворення.
I група - фотохромогенні мікобактерії - утворюють лимонно - жовтий пігмент під час експозиції культури на світлі, колонії виростають протягом 2 - 3 тижнів. До цієї групи належать М. kansasii, M. тагіnит. Джерелом інфекції можуть бути велика рогата худоба, молоко та інші молочні продукти.
II група - скотохромогенні мікобактерії, які утворюють оранжево - жовтий пігмент у темряві. Поширені у воді і в грунті. До цієї групи належать М. aquae, M. scrofuloceum.
III група - нефотохромогенні мікобактерії. Культури слабкопігментовані або непігментовані, видимий ріст виявляється вже через 5 - 10 діб. Різні за вірулентністю і оптимальною температурою росту. Трапляються в ґрунті, у воді, у різних тварин(свиней, овець). Представниками цієї групи є М. avium, М. intracellularae, М. хеnорі, М. haemophilum.
IV група - мікобактерії, що швидко ростуть на поживних середовищах. Ріст дають через 2 - 5 днів. Переважно це сапрофіти: М. phlei, M. smegmatis, M. fortuitum.
Атипові мікобактерії визначаються в 0,3 - 3 % культур, частіше внаслідок забруднення середовища. Етіологічна роль їх вважається доведеною, якщо з патологічного матеріалу вони висіваються повторно і їх ріст характеризується великою кількістю колоній, а інших збудників захворювання нема.
Захворювання, викликане атиповими штамами мікобактерій туберкульозу, називають мікобактеріозом. Із штамів атипових мікобактерій отримано продукт їх життєдіяльності - сенситин. При внутрішньошкірному введенні сенситину у хворих на мікобактеріоз виникає позитивна реакція. За клінічним перебігом мікобактеріоз нагадує туберкульоз, інколи супроводжується кровохарканням, швидко прогресує.
Розрізняють три типи мікобактеріозу, що залежить від виду мікобактерій та імунного статусу організму:
Генералізована інфекція з розвитком видимих неозброєним оком патологічних змін, що зовнішньо нагадують туберкульозні, але гістологічно дещо відрізняються від них. У легенях виявляють дифузні інтерстиціальні зміни без гранульом і порожнин розпаду. Основними ознаками є підвищення температури тіла, двобічна дисемінація у середніх і нижніх відділах легень, анемія, нейтропенія, хронічна діарея та абдомінальний біль. Діагноз підтверджується знаходженням збудника в харкотинні, калі або біопсією. Ефективність лікування низька, смертність висока і досягає 20 %. Ефективними для лікування при мікобактеріозі є циклосерин, етамбутол, канаміцин, рифампіцин і частково стрептоміцин.
Локалізована інфекція - характеризується наявністю макро - і мікроскопічних уражень, що виявляються у певних ділянках тіла.
Інфекція, що перебігає без розвитку видимих уражень; збудник знаходиться у лімфатичних вузлах.
Туберкульоз у людей переважно (95 - 97 %) виникає внаслідок зараження людським, рідше (3 - 5 %) бичачим та казуїстично - пташиним видом мікобактерій туберкульозу. М. africanum викликає туберкульоз у людей в країнах Тропічної Африки і розглядається як проміжний вид між М. tuberculosis і М. bovis.
Мікобактерії туберкульозу мають форму тонких, довгих або коротких, прямих або скривлених паличок, довжиною 1,0 - 4,0 мкм і діаметром 0,3 - 0,6 мкм; нерухомі, спор і капсул не утворюють, грампозитивні, мають великий поліморфізм. Мікобактерії туберкульозу людського виду тонші і довші, ніж бичачого. Мікобактерії бичачого виду менш патогенні для людей, і захворювання, викликане ними, зустрічається значно рідше. Для визначення МБТ людського виду застосовують ніациновии тест. Він базується на тому, що МБТ цього виду виділяють більше ніацину (нікотинової кислоти).
Молоді бактерії гомогенні, в процесі їх старіння утворюється зернистість (зерна Муха), яка більш детально вивчається методом електронної мікроскопії (рис. 1.13). Зерниста форма мікобактерій туберкульозу утворюється також під впливом антимікобактеріальних препаратів. Після введення зерен тваринам у них виникає кахексія, збільшення лімфатичних вузлів або захворювання на туберкульоз з розвитком типових штамів мікобактерій туберкульозу. Описані оскольчасті та L - форми мікобактерій туберкульозу (рис. 1.14). Збудник туберкульозу може існувати також у вигляді фільтрівних форм (Fontes, 1910).
Рис. 1.13. Мікобактерія туберкульозу. Електронна мікроскопія туберкульозу.
Рис. 1.14. L - форми мікобактерій. Електронна мікроскопія
Під впливом протитуберкульозних препаратів морфологічні та фізико - хімічні властивості мікобактерій туберкульозу змінюються. Мікобактерії стають короткими, наближаючись до кокобацил, їх кислотостійкість зменшується, тому при забарвленні за Цілем - Нільсеном вони знебарвлюються і не визначаються.
Перетворення бактеріальної форми мікобактерій туберкульозу на L - форми, фільтрівні, оскольчасті називається персистуванням. Повернення їх з персистуючих форм до бактеріальних називається реверсією.
Мікобактерії туберкульозу розмножуються поперечним поділом, розгалуженням або відбрунькуванням окремих зерен.
Мікобактерії туберкульозу ростуть на поживних середовищах за наявності кисню. Але вони є факультативними аеробами, тобто ростуть і коли доступу повітря немає - кисень вони здобувають з вуглеводів. Тому для вирощування мікобактерій потрібне поживне середовище, багате на вуглеводи, що і довела Є. О. Школьникова.
Ефективними є щільні середовища, до складу яких входять яйця, молоко, картопля, гліцерин. Частіше застосовують середовища Левенштейна - Йєнсена, Гельберга, Фінна - 2, Міддлбрука, Огави.
Мікобактерії туберкульозу ростуть повільно. Перші колонії з'являються на 12—30 - й день, а іноді й через 2 місяці. Для забезпечення росту мікобактерій туберкульозу до поживних середовищ додають 3 - 6 % гліцерину. Мікобактерії краще ростуть у слабко - лужному середовищі, хоча можуть рости і в нейтральному. Додавання жовчі до поживного середовища сповільнює їх ріст. Цю обставину використали Кальметт і Герен при розробці вакцини. На рідких поживних середовищах з додаванням гліцерину мікобактерії туберкульозу ростуть у вигляді плівки. Колонії мікобактерій можуть бути шорсткими (R - варіанти) і рідше - гладкими, що зливаються між собою (S - варіанти). R - варіанти мікобактерій вірулентні для людей і тварин, а S - варіанти частіше невірулентні.
Мікобактерія складається з клітинної оболонки і цитоплазми.
Клітинна оболонка тришарова й складається із зовнішнього, середнього та внутрішнього шарів. У вірулентних мікобактерій вона має товщину 230 - 250 нм.
Зовнішній шар, що оточує клітину, називають мікрокапсулою. Вона утворена полісахаридами і містить фібрили. Мікрокапсула може оточувати цілу популяцію мікобактерій, а також міститися на місцях прилягання мікобактерій одна до одної. Відсутність чи наявність росту, його інтенсивність та склад мікрокапсули залежать від того, яка кількість корд - фактора екстрагується із цитоплазми в клітинну стінку. Чим більше корд - фактора екстрагується, тим краще виражена мікрокапсула у мікобактерій туберкульозу.
Клітинна оболонка бере участь у регуляції метаболічних процесів. У ній містяться видоспецифічні антигени, завдяки чому клітинна стінка є локусом, де відбуваються алергійні реакції підвищеної чутливості сповільненого типу і утворення антитіл, оскільки вона, як власне поверхнева структура бактеріальної клітини, першою контактує з тканинами макроорганізму.
Під клітинною оболонкою розташована тришарова цитоплазматична мембрана, що тісно прилягає до цитоплазми. Вона складається з ліпопротеїдних комплексів. У ній відбуваються процеси, що обумовлюють специфічність реакції мікобактерій на чинники навколишнього середовища.
Цитоплазматична мембрана мікобактерій туберкульозу шляхом своєї доцентрової інвагінації формує в цитоплазмі внутрішньоцитоплазматичну мембранну систему - мезосому. Мезосоми - напівфункціональні структури. В них міститься багато ферментних систем. Вони беруть участь у синтезі та формуванні клітинної стінки і виконують роль посередника між ядром і цитоплазмою бактеріальної клітини.
Цитоплазма мікобактерій складається з гранул і включень. У молодих мікобактеріях туберкульозу цитоплазма гомогенніша та компактніша, ніж у старих, в яких у цитоплазмі більше вакуоль і порожнин.
Основну масу гранулярних включень становлять рибосоми, які містяться в цитоплазмі у вільному стані або утворюють полісоми - скупчення рибосом. Рибосоми складаються з РНК та білка і синтезують специфічний білок.
Імуногенність мікобактерій туберкульозу зумовлена в основному антигенними комплексами, що містяться в оболонках мікобактеріальних клітин, а також термолабільною фракцією рибосом. Рибосоми, рибосомний білок і цитоплазма мікобактерій мають антигенну активність у реакціях підвищеної чутливості сповільненого типу як in vivo, так і in vitro.
Хімічний склад мікобактерій туберкульозу вивчено досить добре. Вони містять 80 % води і 2 - 3 % золи. Сухий залишок наполовину складається з білків, переважно туберкулопротеїнів, ліпідів - від 8 до 40 %, стільки ж полісахаридів. Припускають, що туберкулопротеїни є повноцінними антигенами і можуть викликати у тварин стан анафілаксії. Ліпідна фракція зумовлює резистентність збудника туберкульозу, а полісахаридна бере участь в імуногенезі. Туберкулопротеїни та ліпідні фракції зумовлюють токсичність мікобактерій туберкульозу, яка властива не тільки живим, але й убитим мікроорганізмам. Виявлено три фракції ліпідів: фосфатидна, жирова і воскова. Великий вміст ліпідів відрізняє мікобактерії туберкульозу від інших видів мікроорганізмів і зумовлює такі властивості:
Стійкість проти кислот, лугів і спиртів (переважно зумовлена наявністю міколе - вої кислоти).
Стійкість проти звичайних дезінфікуючих речовин.
Патогенність туберкульозних мікобактерій.
Екзотоксини не визначені, але самі клітини мікобактерій токсичні - призводять до часткового або повного розпаду лейкоцитів.
У неорганічному залишку мікобактерій туберкульозу визначають солі заліза, магнію, марганцю, калію, натрію, кобальту.
Антигенна структура мікобактерій складна і ще не досконало вивчена. Мікобактерії мають специфічні видові та міжвидові й навіть міжродові антигенні зв'язки. В окремих штамах виявлено різні антигени. Однак усі без винятку мікобактерії містять речовини, стійкі до нагрівання і до дії протеолітичних ферментів - полісахариди, які є спільним антигеном.
Окрім того, різні види мікобактерій мають свої специфічні антигени. У штамах М. tuberculosis їх 10, у штамах М. bovis і атипових мікобактерій - 8 - 10, у сапрофітних видах мікобактерій - 4—6 антигенних компонентів. М. avium, наприклад, має 4, а деякі види сапрофітних мікобактерій містять по 2 - 3 ідентичних із М. bovis антигенних компонентів.
А. П. Лисенко (1987) довів, що всі штами М. bovis мають ідентичний антигенний спектр із 8 антигенів, з яких 5 - 6 були загальнородовими і реагували з антисироватками до мікобактерій інших видів: 6 - з М. tuberculosis , 3 - 5 - з М. kansasii, 2 - 4 - з М. тагіnит, 2 - 4 - з М. scrofulaceum, 1 - 3 — з М. avium, 1^4 - з М. intracellularae, 3 - 4 - з М. хепорі і 1 - 2 - з М. fortuitum. В культуральних фільтратах М. bovis автор виявив до 20, у М. tuberculosis - до 17 антигенів.
Патогенність - це видова властивість мікобактерій туберкульозу, що виявляється можливістю викликати захворювання.
Головним фактором патогенності є токсичний гліколіпід - корд - фактор. Це речовина, яка склеює вірулентні мікобактерії, завдяки чому вони ростуть на поживних середовищах, у вигляді джгутів. Корд - фактор зумовлює токсичну дію на тканини і захищає туберкульозні палички від фагоцитозу, блокуючи окисне фосфорилювання в мітохондріях макрофагів. Тому, поглинені фагоцитами, вони розмножуються в них і викликають їх загибель. Кислотостійкі сапрофіти не утворюють корд - фактора.
Вірулентність - ступінь патогенності; можливість росту і розмноження мікобактерій у певному макроорганізмі і здатність викликати специфічні патологічні зміни в органах. Вірулентним вважають штам мікобактерій у тому випадку, коли він у дозі 0,1 - 0,01 мг викликає захворювання на туберкульоз, а через 2 місяці - смерть гвінейської свинки масою 250 - 300 г. Коли ж після введення цієї дози тварина вмирає через 5 - 6 місяців, то цей штам вважають слабковірулентним. Вірулентність не є незмінною властивістю мікобактерій. Вона знижується у разі старіння культури або вирощування на штучних поживних середовищах і в процесі лікування хворих. При пасажах на тваринах або у випадках загострення туберкульозного процесу вірулентність зростає.
Генетика і мінливість мікобактерій. Носіями генетичної інформації мікобактерій туберкульозу є хромосоми і позахромосомні елементи - плазміди.
Головна відмінність між хромосомами і плазмідами полягає в їх розмірах. Плазміда порівняно з хромосомою значно менша і тому несе меншу кількість генетичної інформації. Саме завдяки своїм малим розмірам плазміда добре пристосована до перенесення генетичної інформації з однієї мікобактеріальної клітини в іншу.
Плазміди можуть взаємодіяти з хромосомою. Гени стійкості мікобактерій туберкульозу проти хіміопрепаратів локалізуються і в хромосомах, і в плазмідах.
У мікобактеріях є ДНК, яка функціонує як головний носій генетичної інформації. Послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК - це ген. Генетична інформація, яку несе ДНК, не є чимось стабільним і незмінним. Вона мінлива і еволюціонує, вдосконалюючись.
Так, формування L - форм мікобактерій відбувається завдяки поєднаній дії селекційно - мутаційних механізмів і виникає внаслідок порушення біосинтезу клітинної оболонки. Зміни відбуваються внаслідок мутації - спонтанних змін у геномі. А геном, як відомо, містить загальну генетичну інформацію, або генетичний склад усієї мікобактеріальної клітини. Отже, мутація призводить до зміни в спадкових структурах (ДНК, ген, хромосома, геном).
Поодинокі мутації переважно не супроводжуються великими змінами інформації, закладеної в геномі. З одного штаму може виникнути кілька різних фенотипів (або ознак, що проявляються внаслідок дії генів у певних умовах), які стійкі проти певного антимікобактеріального препарату.
Мутація може проявлятися й у зміні морфології колоній. Так, якщо змінити вірулентність мікобактерій туберкульозу, то може змінитися і морфологія колоній мутантів.
Вважають, що весь рід Mycobacterium здійснює всі шляхи перенесення генетичної інформації: трансдукцію, трансформацію, кон'югацію, і трансфекцію, хоча вони ще вивчені недостатньо.
Трансдукція - це перенесення генетичного матеріалу (частинки ДНК) від однієї мікобактерії (донора) до іншої (реципієнта), що призводить до зміни генотипу мікобактерії - реципієнта.
Трансформація - це включення в хромосому або плазміду мікобактерії (реципієнта) фрагмента ДНК іншої мікобактерії (донора) внаслідок перенесення ізольованої ДНК.
Кон'югація - це контакт клітин мікобактерії туберкульозу, під час якого відбувається перехід генетичного матеріалу (ДНК) із однієї клітини в іншу.
Трансфекція - це відтворення вірусної форми мікобактерії туберкульозу в клітині, котра інфікована ізольованою вірусною нуклеїновою кислотою.
Викладені гіпотетичні шляхи перенесення генетичної інформації ще не вивчено. Проте безсумнівно, що ці генетичні процеси є підґрунтям для виникнення лікарської стійкості як в окремих мікобактерій, так і у всієї бактеріальної популяції, наявної в організмі хворого.
Мінливість мікобактерій - це властивість їх набувати нових або/і втрачати старі ознаки. У зв'язку з тим що у мікобактерій туберкульозу короткий період генерації, висока частота мутацій і рекомбінацій, обміну генетичною інформацією, мінливість у них вельми висока й часта (Н. А. Васильєв і співавт., 1990).
Розрізняють фенотипічну й генотипічну мінливість.
Фенотипічну мутацію називають ще модифікаційною, якій властива висока частота змін та їх часта реверсія у вихідну форму, адаптація до змін зовнішнього середовища, відсутність змін у генетичному коді. Вона спадково не передається.
Генотипічна мутація настає внаслідок мутацій та рекомбінацій.
Мутації - це стабільні успадковані зміни в нуклеотидному складі генома мікобактерії, включаючи плазміди. Вони бувають спонтанні та індуковані. Спонтанні мутації виникають зі специфічною для даного гена швидкістю. У різних мікроорганізмів ця швидкість коливається в межах 107 - 1010. Більшість із них є наслідком помилок у реплікації та репарації ДНК. Індуковані мутації можливі внаслідок впливу мутагенів (ультрафіолетова та іонізуюча радіація, хімічні речовини тощо). Мутації часто призводять до появи у фенотипі нової ознаки або втрати старої ознаки (порівняно з батьківською формою).
Рекомбінації генетичні - це процес утворення потомства, що містить ознаки донора та реципієнта.
Одним із видів мінливості мікобактерій туберкульозу є утворення ними фільтрівних форм. Це дуже дрібні, не видимі під час звичайної мікроскопії форми, що мають дуже слабку вірулентність, їх можна виявити лише у разі реверсії, використовуючи для цього повторні пасажі на морських свинках. У цих випадках іноді виявляють кислотостійкі палички з дуже низькою вірулентністю.
Фільтрівні форми - це дрібні фрагменти мікобактерій туберкульозу, що утворюються в несприятливих умовах існування і здатні до реверсії. Природу цих форм, їх структуру, а також значення в патогенезі туберкульозу дотепер остаточно не встановлено.
L - форми мікобактерій туберкульозу вперше виділив і описав в 1945 p. Alexander Jackson. L - форми мають або дефекти, або відсутність клітинної стінки. Для них характерна різко змінена морфологія бактеріальної клітини і знижений метаболізм. Вони мають низьку вірулентність і швидко руйнуються в навколишньому середовищі. Через відсутність або ушкодження оболонки мікобактерій туберкульозу L - форми фарбують звичайними барвниками, тому їх не вдається виявити бактеріоскопічно в мазках. Перетворення мікобактерій туберкульозу в L - форми відбувається під дією протитуберкульозних препаратів, під впливом захисних сил макроорганізму та інших факторів.
L - форми мікобактерій туберкульозу можуть бути в макроорганізмі у стабільному і нестабільному стані, тобто реверсувати у вихідний мікробний вид із відновленням вірулентності. Вірулентні властивості стабільних L - форм мікобактерій різко знижені порівняно з вірулентністю нестабільних форм.
Нестабільні L - форми мікобактерій туберкульозу спричинюють у морських свинок генералізований туберкульоз, а стабільні L - форми зумовлюють лише морфологічні зміни, близькі до вакцинного процесу. Стабільні L - форми мікобактерій переважно містяться у неактивних туберкульозних вогнищах. Ці вогнища сприяють виникненню у здорових інфікованих людей протитуберкульозного імунітету.
Для ефективного лікування хворих на туберкульоз потрібно проводити визначення чутливості збудника, бо стійкість проти антимікобактеральних препаратів ускладнює лікування. Звичайно в організмі хворого резистентність мікобактерій проти лікарських засобів може зберігатись протягом 1 - 2 років після їх відміни.
Медикаментозна стійкість мікобактерій туберкульозу - це стійкість МБТ проти одного антимікобактеріального препарату або більше.
Види медикаментозної стійкості. Первинна медикаментозна стійкість - стійкість, що виявлена у вперше виявлених хворих, які ніколи не приймали протитуберкульозні препарати.
Початкова медикаментозна стійкість - стійкість МБТ, яка виявлена у вперше виявлених хворих, яких лікували протитуберкульозними препаратами не більше ніж 4 тижні або у хворих за відсутності даних про попереднє лікування.
Вторинна (набута) медикаментозна стійкість - резистентність МБТ, що виявлена у хворих, яким призначали протитуберкульозні препарати більше ніж 4 тижні.
Монорезистентність - стійкість МБТ проти 1 з 5 препаратів І ряду (ізоніазиду, стрептоміцину, рифампіцину, етамбутолу, піразинаміду).
В Україні частота виникнення первинної резистентності збудника туберкульозу проти препаратів І ряду відмічається в 23 - 25 %, а вторинної - в 55 - 56 % випадків.
Множинна медикаментозна стійкість - стійкість МБТ проти двох і більше протитуберкульозних препаратів.
Мультирезистентність - це різновид множинної медикаментозної стійкості, а саме - стійкість збудника тільки проти комбінації ізоніазид+рифампіцин або й поряд з іншими препаратами.
Результат визначення чутливості мікобактерій туберкульозу до протитуберкульозних препаратів називається антибіограмою.
Причини медикаментозної стійкості:
1. Біологічні - недостатня концентрація препарату, індивідуальні особливості організму пацієнта (швидкість інактивації препаратів).
2. Причини, обумовлені пацієнтом - контакт з хворими на хіміорезистентний туберкульоз, нерегулярний прийом препаратів, передчасне припинення прийому ліків, незадовільна переносимість препаратів, проведення неадекватного лікування.
3. Фактори, обумовлені хворобою - при зміні доз препаратів, при великій кількості МБТ в ділянках ураженого органа може виникати певна рН, яка перешкоджає активній дії ліків, лікування одним препаратом, недостатня доза або тривалість лікування, використання препаратів з перехресною резистентністю.
Геном мікобактерій туберкульозу. Останніми роками інтенсивно проводили генетичні дослідження штаму М. tuberculosis H37Rv. Геном її був розшифрований і опублікований 8 червня 1998 р. (В. І. Петренко і співавт., 2000). Він включає 4 411 529 основ і майже 9000 генетичних локусів. Кількість гуанінцитозинових основ, які розподіляються на спіралі дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), становить 65,5 %. Геном містить багато вставних послідовностей (IS - Insertion seguensis), мультигенних родин, ампліфіко - ваних (подвоєних) місць власного обміну речовин (S. T. Cote, I. Saint Girons, 1994).
РНК - молекули кодують близько 50 генів, зокрема:
три види рибосомних РНК, які синтезуються з унікального рибосомного оперону;
гени, що кодують 10S - PHK, яка включається в процес руйнування білків (виявлено, що ці 10S - PHK кодуються так званими ненормальними і РНК - месенджерами);
гени, що кодують РНК - компонентну РНКазу Р;
гени транспортних РНК.
У М. tuberculosis на відстані 1500 кілобаз (kb) від так званого запускача реплікації огіС, що ініціює реплікацію бактеріальної ДНК, розміщений rm - оперон. ОгіС практично не активується нічим і через те неадекватно ініціює реплікацію, тому і бактеріальні клітини, і культура мікобактерій ростуть дуже повільно.
ТРНК можуть розпізнати 43 із 61 можливих кодонів, причому жодна з них не має аденіну в першій позиції антикодону. Це, а також висока густина Г+Ц пар основ, призводить до нестабільності структури білків М. tuberculosis і, природно, до розмаїття різних антигенів.
М. tuberculosis має 3 гени тРНК для метіоніну, причому один із них локалізується в ділянці термінаторної послідовності. Ген те/Г приєднаний до генів інтегрази та сепарази.
М. tuberculosis містить 16 копій нестабільного IS6110 і 6 копій стабільного IS 1081 - елементу, хоча всіх IS приблизно 32, розміщених уздовж нуклеотидної послідовності (W.J. Philipp et al, 1996). У геномі виявлено новий ряд мобільних елементів 13Е12. У нуклеотидній послідовності виявлені IS належать до IS3 та IS256, a 6IS - цілком нові.
IS M. tuberculosis локалізуються в так званих нішах ДНК, де немає жодного гена. Ці ніші розміщені поблизу генів тРНК. IS розташовуються кластерами і утворюють «гарячі» активні точки зі своїми генетичними маркерами. Це унеможливлює потрапляння IS у локуси, які функціонують нормально, що захищає гени М. tuberculosis від IS - мутацій.
IS майже ніколи не потрапляють у життєво важливі ділянки огіС М. tuberculosis, a зосереджуються частіше в dr - регіоні - direct repeat region (S. Bardarov et al, 1997).
У геномі М. tuberculosis H37Rv виявлено два профаги: phiRvl і phiRv2, довжина яких - 10 kb. Останні часто вклинюються в локуси біотонового оперона. Виявлено, що phiRv не дає синтезуватися ІРНК із дистальних генів цього оперону або спричинює транспозазнозалежну мутацію цих генів. Під час атенуації М bovis випав профаг phiRvl (S. Bardarov et al, 1997).
На сьогодні вивчено функцію майже 40 % білків М. tuberculosis, функція 14 % білкових сполук ще невідома. Частково відома функція 44 % білків. Серед амінокислотних послідовностей у М. tuberculosis переважають Г - Ц амінокислоти (ала, глі, про, арг, тир), менше амінокислот з А - Т: асп, іле, ліз, фен, тир (М. Greenacre, 1984).
Виявлено 13 S - факторів трансдукцій і близько 100 різних білків, що зумовлюють цитоплазматичну дивергенцію сигналів, фосфорилювання субстратів та регуляцію експресії різних генів. М. tuberculosis має 11 рецепторзалежних гістидинкіназ, кілька цитоплазматичних кіназ та небагато генів, що беруть участь у регуляторних каскадах. У М. tuberculosis є група еукаріотичних серинтиреонінових протеїнкіназ, що відповідають за фосфорилювання в бактеріальній клітині (Y. Av - Gay, J. Davies, 1997).
Деякі гени, що кодують білкові частини ліпопротеїнів М. tuberculosis, мають подібну до кодуючої ділянки С - домену серинтиреонінових протеїнкіназ. Останні беруть участь у сигнальній трансдукції, регулюють мітоз та апоптоз. Для здійснення ліпідного обміну в М. tuberculosis синтезуються приблизно 250 ферментів (Y. Av - Gay, J. Davies, 1997).
Окиснення жирних кислот забезпечують такі ферментні системи:
FadA/FadB - P - оксидазні комплекси.
Тридцять шість ацил - СоА - синтетаз і група з тридцяти шести ацил - СоА - синте - таззв'язаних білків.
П'ять ферментів, що завершують цикл окиснення (реакція тіолізу 3 - кетоестерів).
Чотири гідроксиацил - СоА - дегідрогенази.
Двадцять один вид білків єноїл - СоА - гідратазо - ізомеразної групи.
Ацетил - СоА - С - ацетилтрансферази.
Синтез жирних кислот здійснюють такі ферментні системи М. tuberculosis (С. Ratledge, 1982, К. Mdluli et al, 1998):
Fas 1 - система, що сприяє синтезу праймерних послідовностей (до 24 вуглецевих атомів).
Fas2 - CHCTeMa, що продовжує синтез із праймерів (від 24 до 56 вуглецевих атомів).
Група біотинзалежних карбоксилаз, з яких ассАІ - 2, accDI - 2 перетворюють пропініл - СоА в сукциніл - СоА в циклі трикарбонових кислот, а карбоксилази accD3 - 6 сприяють синтезу малоніл - СоА з ацетил - СоА, що є першим етапом синтезу жирних кислот.
Міколева кислота синтезується за допомогою аеробних десатураз (desAI - З), а також 8 - аденозил - І - метіонінзалежних цистранс - ізомераз. Знайдено 2 гени umaAl і umaА2, які кодують ферменти, що перетворюють транс - циклопропани в попередник мероміколату. Трансферазну активність мають білки Ufa1 і Ufa2. Меромікол перетворюється в міколат за допомогою трьох білків антигенного комплексу Ag85 (./ Т. Belisle et al, 1997).
Синтез поліпептидів у М. tuberculosis здійснюється ферментами, що кодуються опе - роном ppsABCDE, поліпептидсинтетазами, зокрема, халкон - і стильбенінсинтетазами, що синтезують імуносупресивну сполуку - рапаміцин (P. E. Kolattukudi et al, 1997).
Деякі пептиди (сидерофори, мікобактини і екзохеліни) М. tuberculosis синтезує по - зарибосомним шляхом із саліцилату приєднанням серину або треоніну, двох лізинів і різноманітних сегментів жирних кислот чи поліпептидів. Відповідні ферменти закодовані в генах mbt - оперону (P. R. Wheeler, C. Ratledge, 1994).
Понад 10 % усієї кодуючої частини геному містять дві групи генів, що кодують РЕ - і РРЕ - білки, які були досі невідомі (S.T. Cole, B.G. Barrell, 1998). До РЕ - родини належить 99 представників білків. Усі вони складаються з 110 амінокислот і мають глобулярну структуру. Родина РРЕ - білків складається з 68 представників, до яких входять 180 амінокислот.
Цей клас білків виконує дві функції (S. T. Cole, В. G.Barrell, 1998):
вироблення різних антитіл, тому що поверхневі антигени мікобактерії змінюються за рахунок прижиттєвої інтрагеномної мутації;
виконання ролі цис - інгібітора убіквітиново - протеазного шляху, під час якого відбувається процесинг антигену.
Патогенність М. tuberculosis зумовлена також такими факторами (D. M. Collins, 1996), як:
антиоксидазна каталазно - пероксидазна система;
сигма - фактор;
мсе - оперон, що кодує білки внутрішньоклітинної інвазії;
фосфоліпаза С;
ферменти, що продукують компоненти клітинної стінки;
гематоглобіноподібні Fe - зв'язувальні білки, котрі забезпечують тривале анаеробне існування мікобактерій;
естерази і ліпази;
значна антигенна лабільність;
наявність різних шляхів забезпечення антибіотикорезистентності;
наявність актеріоцинів із цитотоксичною дією (деякі полі - кетини).
Отже, розшифрування повного геному штаму H37Rv M. tuberculosis дають змогу краще зрозуміти біологію цього мікроорганізму та досконаліше спрямовувати профілактичні й терапевтичні заходи.
Збудник туберкульозу стійкий до впливу факторів навколишнього середовища. На сторінках книги мікобактерії зберігаються протягом 2 - 3 міс, у вуличному пилу - близько 2 тижнів, у сирі та маслі - від 200 до 250 днів, у сирому молоці - 18 днів (скисання молока не викликає загибелі мікобактерій), у кімнаті з розсіяним денним світлом - 1— 5 міс, а у вологих підвальних приміщеннях та у помийних ямах - до 6 міс.
Оптимальною температурою росту збудника є 37 - 38 °С, при температурі 42 - 43 °С і нижчій за 22 °С ріст і розмноження його припиняються. Для пташиного виду мікобактерій туберкульозу оптимальною температурою росту є 42 °С. При температурі 50 °С мікобактерії туберкульозу гинуть через 12 год., 70 °С - через 1 хвилину. У білковому середовищі їх стійкість значно підвищується. Так, мікобактерії туберкульозу в молоці витримують температуру 55 °С протягом 4 год., 60 °С - 1 год., 70 °С - ЗО хв., 90 - 95 °С - від 3 до 5 хвилин.
Особливо зростає стійкість мікобактерій туберкульозу у висохлому харкотинні. Щоб знешкодити рідке харкотиння, його потрібно кип'ятити протягом 5 хв. У висохлому харкотинні мікобактерії туберкульозу гинуть при 100 °С через 45 хвилин. У тонкому шарі рідкого мокротиння під впливом ультрафіолетового проміння мікобактерії туберкульозу гинуть через 2 - 3 хв., а у висохлому харкотинні та у темному місці вони можуть зберігати життєздатність протягом 6 - 12 міс. Проте під впливом прямого або розсіяного сонячного проміння протягом 4 годин висохле мокротиння втрачає властивість викликати зараження тварин туберкульозом. У висохлому на сонці харкотинні мікобактерії туберкульозу не визначаються.
Якщо мокротиння потрапляє у стічні води або на поля зрошення, мікобактерії туберкульозу зберігають свою вірулентність понад 30 днів. На відстані 100 м від місця скидання стічних вод з протитуберкульозного санаторію мікобактерії туберкульозу виявити не довелося.
Мікобактерії туберкульозу неоднаково стійкі проти впливу різних дезінфікуючих засобів. Так, подвійна кількість 5 % розчину хлораміну вбиває мікобактерії у харкотинні через 6 год., 2 % розчин хлорного вапна - через 24 - 48 год.
Контрольні питання
Які є джерела виділення МБТ?
На які види поділяються МБТ?
Які є патогенні МБТ?
Що таке ніациновий тест?
Які строки росту МБТ на поживних середовищах?
Що таке персистенція і реверсія МБТ? Яке їх значення?
Що являють собою L - форми МБТ?
Які природні і штучні фактори навколишнього середовища згубно діють на МБТ?
В якому стані і в якому середовищі підвищується стійкість МБТ?
Як класифікуються атипові МБТ?
Яке захворювання викликають умовно патогенні мікобактерії?
Яка буває стійкість МБТ до антимікобактеріальних препаратів?
Що таке патогенність?
Що таке вірулентність?
Що таке корд - фактор?