Микробы

Инфекционная болезнь – результат взаимодействия генотипически и фенотипически неоднородных и динамически изменяющихся популяций паразита и хозяина, протекающего в пространстве и времени. В единичных особях вида хозяина болезнь проявляется в виде инфекционного процесса, во всей популяции хозяина – в виде эпизоотического или эпидемического процессов.

В эволюционном отношении инфекционный процесс представляет собой исторически детерминированную форму паразитизма, являющегося частным случаем биотических межпопуляционных отношений. Компонентами паразитарной системы в горизонтальном срезе являются популяции паразита и хозяина, в вертикальном – микропопуляция паразита и организм хозяина на индивидуальном (организменном) уровне.

Паразитарные системы – это саморегулирующиеся экологические системы, в которых отношения между партнерами находятся в состоянии подвижного равновесия. Процесс саморегуляции паразитарных систем определяется генотипической и фенотипической гетерогенностью популяций паразита и хозяина, динамической изменчивостью популяций паразита и хозяина при их взаимодействии, а также факторами окружающей среды.

Гетерогенность популяции многих паразитов выражается в разной вирулентной и антигенной структуре, потребностях в определенном температурном режиме, питательных веществах и по другим параметрам. Это определяет возможность быстрой адаптации паразитов к изменившимся условиям среды обитания.

Большое значение для саморегуляции паразитарной системы имеет гетерогенность популяции хозяина по его чувствительности к возбудителю. В случае эпизоотий и эпидемий погибают особи с наиболее высокой чувствительностью к данному паразиту, в то время как сохранившиеся зараженные особи с низкой чувствительностью способны достаточно долго обеспечивать существование паразитарной системы. Степень антагонизма между паразитом и хозяином в разных паразитарных системах может сильно различаться и зависит от пути передачи возбудителя.

Следовательно, согласно теории саморегуляции эпидемического процесса, патогенность микроорганизмов отражает их длительные коэволюционные взаимоотношения с хозяевами, в процессе которых переход микробов к паразитизму обусловлен отбором, происходившим под влиянием организма хозяина.

В соответствии с этим теория саморегуляции паразитарных систем, выдвинутая академиком АМН СССР В.Д.Беляковым, постулирует синхронизированность изменений паразита и хозяина как основу фазности развития паразитарных систем. Смена развития паразитарных систем обусловлена самоперестройкой популяции паразита при взаимодействии с популяцией хозяина, то есть взаимодействием неоднородных и динамически изменяющихся популяций паразита и хозяина. «Количественной мерой, определяющей переход эпидемического процесса из одной фазы к другой, является степень гетерогенности взаимодействующих популяций». Различают 4 фазы: резервацию, эпидемическое преобразование, эпидемическое распространение и резервационное преобразование. Каждая из фаз характеризуется определенным состоянием системы паразит-хозяин и может быть рассмотрена с позиций обоих компонентов системы.

Одной из целевых функций внутренней организации всех надорганизменных живых систем, в том числе и популяции паразитов, является не максимальное, а оптимальное самовоспроизведение, представляющее собой не некую среднюю величину, а величину, адекватно меняющуюся по ряду параметров.

Различные внутренние и внешние факторы ведут к постоянным изменениям качественной и количественной характеристики паразитов. Однако популяция паразита продолжает существовать на основе динамических эволюционно сложившихся взаимоотношений с популяцией хозяина.

В процессе эволюции наибольшие шансы для выживания, а, следовательно, и сохранения вида, имеют микроорганизмы, которые не приводят к гибели своих естественных хозяев и не причиняют им существенного вреда. Высоковирулентные возбудители, способные вызвать уничтожение всей популяции хозяев, тем самым создают предпосылки для исчезновения собственного вида. В связи с этим в природе существует ряд механизмов сохранения патогенных микробов как видов, в частности, феномен персистенции.

Персистенция – это важнейший биологический механизм, обеспечивающий сохранение микроорганизмов в организме отдельных хозяев в межэпидемический (межэпизоотический) период (фаза резервации), когда иммунологический фон неблагоприятен для их распространения. Сохранение возбудителя в персистентном состоянии обеспечивается тонкими механизмами саморегуляции паразитарных систем, среди которых ведущее место принадлежит изменчивости. Концепция стимулированной направленной самоперестройки популяции микроорганизмов, базирующаяся на генотипической и фенотипической гетерогенности популяций возбудителя и хозяина, варьирующими признаками, имеющими наибольшее значение для развития паразитарных систем, определяет вирулентность и антигенность. Смена состава популяций микроорганизмов по указанным признакам проявляется в генерации высоковирулентных штаммов возбудителя посредством биологической перестройки под действием условий среды. «Движущей силой изменчивости вирулентности популяций является то, что в организме восприимчивых лиц накапливаются из гетерогенной популяции возбудителя высоковирулентные штаммы, а в организме иммунных – маловирулентные». В иммунном организме микроб, подвергаясь действию иммунологического пресса, вынужден адаптироваться к новым условиям существования. Процесс адаптации реализуется посредством молекулярно-генетических механизмов изменчивости популяций патогенных микроорганизмов. Своеобразной формой изменчивости возбудителей в таких условиях выступает процесс L-трансформации.

Обладая значительной функциональной мобильностью и пластичностью, микроорганизмы способны в короткий срок приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды. Разнообразные физические, химические и биологические воздействия на бактериальные клетки вызывают различные по своей биологической природе ответные реакции. Одни из них проявляются в виде возникновения инволюционных, дегенирирующих форм. Другие могут рассматриваться как приспособительные реакции, обеспечивающие сохранение микроорганизмов в изменившихся условиях существования (формирование гетероморфных форм, образование сферо - и протопластов, L-форм бактерий). Пребывание бактерий в виде этих форм рассматривается как явление, связующее отдельные этапы в единый процесс L-трансформации: фаз сбалансированного и несбалансированного роста, L-фазу. К фазе сбалансированного роста относятся исходные бактериальные клетки в морфологически типичной форме (гомеоморфный рост); к фазе несбалансированного роста – сферо - и протопласты и незавершенные L-формы (гетероморфный рост). L-фаза характеризуется наличием нестабильных, стабильных и условно стабильных L-форм бактерий.

Отличительной чертой форм несбалансированного роста как начального и легко обратимого этапа L-трансформации является изменение размера и формы клеток, что не влияет на структуру колоний и способ репродукции.

В отличие от них, сферо - и протопласты, L-формы образуются лишь при действии факторов, блокирующих синтез клеточной стенки. Количественные и качественные нарушения синтеза клеточной стенки находят свое отражение в морфологии, структурной организации и физиологии бактерий. Так, сферопласты представляют собой клетки, частично лишенные клеточной стенки, имеющие шаровидную форму, чувствительные к осмотическому шоку и способные в соответствующих условиях реверсировать в бактериальную форму. Более глубокая деградация клеточной стенки приводит к образованию протопластов – бактериальных форм, полностью лишенных клеточной стенки. По своей субмикроскопической структуре сферо - и протопласты мало чем отличаются друг от друга. Характерной особенностью названных форм несбалансированного роста является их способность к реверсии и потенциальная способность к размножению (отсутствие способности к длительному пассированию на питательных средах).

Особое место среди микроорганизмов с дефектом клеточной стенки занимают L-формы бактерий. Они отличаются от вышеназванных групп тем, что обладают устойчивостью к трансформирующим агентам, способностью выживать и давать жизнеспособное потомство в изменившихся условиях существования. К специфическим признакам, отличающим L-формы от других форм с дефектом клеточной стенки, можно отнести морфологию колоний, характер роста на питательных средах, способность к стабилизации и реверсии, своеобразие антигенных и биохимических свойств, особенности ультраструктуры клеток и способ их репродукции.

Изменчивость микробной популяции по пути L-трансформации, как и другие формы изменчивости, должна «обеспечивать, во-первых, способность в условиях дифференциальной гибели быстро уходить из-под влияния иммунитета хозяина и формировать резервационный штамм при сохранении достаточной численности и гетерогенности; во-вторых, образовывать в условиях дифференцированного выживания эпидемический штамм для завязывания инфекционного процесса при встрече с чувствительным организмом».

Реализация указанных функций L-формами бактерий будет рассмотрена ниже на примере ряда особо опасных инфекций с внутриклеточной локализацией возбудителя в свете положений теории саморегуляции паразитарных систем.

Фаза резервации, сущность которой составляет персистенция измененного возбудителя в целях самосохранения, механизмы существования микроба в эту фазу, таким образом, закономерно универсальны для всех паразитарных систем, не исключая, однако, своеобразия их проявления в каждой из систем. Так, для большинства непатогенных паразитов персистентное состояние является естественным, а болезнь представляется как эпизод. И, наоборот, для паразитов с выраженной патогенностью персистенция – эпизодическое явление. Основным фактором, определяющим эти явления, выступает генотипическая и фенотипическая гетерогенность взаимодействующих видов живых существ: паразита и хозяина.

Помимо этой распространенной точки зрения, в научной литературе в последнее время появились сообщения о преадаптивном происхождении возбудителей природноочаговых зоонозов. Суть этой точки зрения сводится к тому, что для возбудителей природноочаговых инфекций организм человека – это новая и необычная среда обитания. Ее освоение возможно при наличии у микроорганизмов особенностей, позволяющих им размножаться в этой среде. Такие особенности возникают преадаптивно в прежней среде обитания как случайный, побочный результат эволюционных изменений. Наличие определенных преадаптивных свойств микроорганизмов делает возможным начало становления в дальнейшем их коадаптивных взаимоотношений с членистоногими и позвоночными.