Orsaker till tuberkulos

Familjen Mycobacteriaceae av Order Actinomycetales innehåller det enda släktet Mycobacterium. År 1975 numrerade detta släkt ungefär 30 arter, och år 2000 var detta antal nära 100. De flesta arter av mykobakterier klassificeras som saprofytmikroorganismer som är brett utbredda i miljön.

Gruppen av obligatoriska parasiter är obetydlig, men dess praktiska betydelse är stor och bestäms av arter som orsakar tuberkulos hos människor och djur. Det finns en uppfattning att förfäderna av mänskliga patogena mykobakterier var antika jordmykobakterier.

[1], [2], [3], [4],

Taxonomi av mykobakterier

Alla mykobakterier är uppdelade i patogena för människor och villkorligt patogena.

I klinisk mikrobiologi används flera metoder för att klassificera mykobakterier:

• med hastighet och optimal tillväxtstemperatur, förmåga att bilda pigment;
• på kliniskt signifikanta komplex.

Tuberkulos orsakande arter av mykobakterier kombineras till ett komplex av M. Tuberculosis, inklusive M. Tuberculosis, M. Bovis. M. Bovis BCG, M. Africanum, M. Microti, M. Canettii. Nyligen har M. Pinnipedii, M. Sargae, filogenetiskt relaterad till M. Microti och M. Bovis tilldelats honom.

Resten av mykobakterierna som orsakar olika mykobakterier klassificeras som icke-tuberkulösa mykobakterier. Ur denna grupp skiljer sig följande komplex: M. Avium, bestående av M. Avium, M. Intracellulare, M. Scrofulaceum; M.fortuitum inklusive underarter M.fortuitum och M. Chelonae och M. Terrae, inklusive M. Terrae, M. Triviale och M. Nonchromogenicum. De viktigaste grupperna är orsaksmedlen hos M. Leprae leprosy, liksom orsakssambanden till ulcerativa lesioner Buruli M. Ulcerans.

Denna klassificering kombinerar typerna av mykobakterier med samma kliniska betydelse, desto finare är deras differentiering obetydlig. Biologiska, biokemiska och molekylära metoder används för att identifiera arter inom grupper och komplex.

Klassificering av nontuberculous mykobakterier på grundval av kulturella skillnader utvecklades av Runion 1959. Enligt henne. 4 grupper av mykobakterier isoleras.

Grupp I - fotochromogena mykobakterier

Denna grupp omfattar mykobakterier som inte pigmenteras när de odlas på mörkret, men får en ljusgul eller gul-orange pigmentering efter exponering för ljus. Potentiellt patogena stammar som tillhör denna grupp. - M. Asiaticum, M. Kansasii, M. Marinum, M. Simiae. Bland mycobakterierna i denna grupp finns både snabbväxande (M. Marinum) och långsamt växande (M. Asiaticum, M. Kansasii). Den optimala tillväxttemperaturen sträcker sig från 25 ^till C i M. Simiae, 32-33 ^om C under M. Marinum 37 till ^omkring C under M. Asiaticum.

Den största kliniska betydelsen i vårt land är form av M. Kansasii, som finns i vattenkroppar. Stammen av M. Kansasii (M. Luciflavum) orsakar sjukdom hos människor. Ägg mediet växer som släta eller grova kolonier 37 temperaturoptimum ^av S. Morfologiskt bakterier måttlig längd. Hittills har två varianter av M. Kansasii beskrivits: orange och vit. Med introduktionen av marsvin orsakar M. Kansasii infiltreringar och förtätning av regionala lymfkörtlar.

Grupp II - scotochromogena mykobakterier (från det grekiska ordet scotos-mörker)

Till denna grupp ingår mykobakterier som bildar ett pigment i mörkret. Tillväxttakten är 30-60 dagar. Denna grupp innefattar M. Aquae (M. Gordonae) och M. Scrofulaceum.

M. Scrofulaceum avser potentiellt patogena arter. På äggmediet växer bakterierna av denna art i form av släta eller grova apelsinkolonier. Morfologiskt är mykobakterierna stavformade, korta eller långa. De växer vid en temperatur av 25-37 ^o C. Barn påverkas av lymfkörtlar och lungor.

M. Aquae (M. Gordonae) kallas saprofytiska scotochromogena mykobakterier. På äggmediet växer som orangefärgade kolonier vid en temperatur av 25-37 ° C. Morfologiskt är mykobakteriet stavformat och med måttlig längd (> 5 μm). Finns i reservoarerna.

Grupp III - icke-fotokromogena mykobakterier

Denna grupp omfattar mykobakterier som inte bildar ett pigment eller har en ljusgul färg, som inte förstärks av ljus. De växer i 2-3 eller 5-6 veckor. Till dem bär. M. Avium, M. Intracellulare, M. Xenopi, M. Terrae, M. Gastri, M. Hattey, M. Bruiiense.

M. Avium (Mycobacterium avian typ) växa på Lowenstein-Jensen-medium som ett pigmenterat eller slabopigmentirovannyh kolonier vid 37 ^till C 45 och ^av S. Morfologiskt - en stång med en medellängd. De kan vara patogena mot människor och ett antal laboratoriedjur, såväl som husdjur (t.ex. Grisar). Finns i vatten och jord.

M. Xenopi är skild från padden. Unga kulturer växer i form av unpigmenterade kolonier. Senare visas ett gul pigment. Morfologiskt, långa trådliknande pinnar. Växa vid en temperatur av 40-45 ^o C. Villkorligt patogen för människor.

M. Terrae isolerades först från rädisa. De växer på Levenstein-Jensen-mediet och i form av pigmentfria kolonier. Den optimala tillväxten är 37 ^o C. Morfologiskt representeras de av stavar med medelstång, saprofyter.

Grupp IV - snabbväxande mykobakterier

Mykobakterier som tillhör denna grupp kännetecknas av snabb tillväxt (upp till 7-10 dagar). Växa i form av pigment eller pigmentfria kolonier, ofta i form av R-form. God tillväxt tillåts under 2-5 dagar vid 25 ^på C. Denna grupp inkluderar potentiellt patogena mykobakterier M fortuitum, och saprofytiska mykobakterier såsom M. Phlei, M. Smegmatis, och andra. M. Fortuitum ger synlig tillväxt på äggmediet på 2: a-4: e dagen i form av en "rosett". Morfologiskt representeras mykobakterier av kortstavar. På Lowenstein-Jensen-mediumet kan de absorbera malakitgröna och vara färgade gröna. Utbredd i naturen.

Runyon-klassificeringen visade sig vara mycket lämplig för att identifiera de vanligaste arterna av mykobakterier. Identifieringen av nya arter och utseendet på ett ökande antal mellanliggande former av mykobakterier medför dock svårigheter vid deras registrering i en viss grupp Runyon.

M. Tuberculosis är en ung evolutionär bildning. Nyligen har det varit en tendens att dela upp M. Tuberculosis i kluster eller familjer. De viktigaste är stammar som tillhör Peking-familjen, som kännetecknas av klonalt beteende och förmågan att orsaka tuberkulos mikrotuber.

Morfologi av mykobakterier

Mykobakterier - tunna stavformade celler med en karakteristisk egenskap av syra- och alkoholresistens (vid ett av tillväxtstegen), aerob. Gramfärgning är dåligt gram-positiv. Mykobakterier är immobila, de bildar inte en spore. Conidier eller kapslar är frånvarande. Växa på täta näringsmedier långsamt eller mycket långsamt: vid optimal temperatur uppträder de synliga kolonierna efter 2-60 dagar. Kolonier rosa, orange eller gul, speciellt med tillväxt i ljuset. Pigmentet diffunderar inte. Koloniernas yta är vanligtvis matt (S-typ) eller grov (R-typ). Ofta växer mykobakterier i form av slemhinnor eller skrynkliga kolonier. På flytande media växer mykobakterier på ytan. En mild torrfilm tjocknar över tiden, blir skumpig och skrynklig och förvärvar en gulaktig nyans. Buljongen förblir transparent och det är möjligt att uppnå diffus tillväxt i närvaro av detergenter. I mikrokolonier av M. Tuberculosis (dvs. I de tidiga stadierna) bildas strukturer som liknar buntar - ett tecken som är associerat med sladdfaktorn.

Vid färgning med carbolic fuchsin avslöjas mycobacterium tuberculosis som tunna, svagt böjda stavar av crimson-röd färg, innehållande ett annat antal granuler.

Längden av mykobakterier är ca 1-10 μm. Och bredden är 0,2-0,7 μm. Ibland kan du hitta krökta eller ingripta alternativ. Mikroorganismer som är placerade ensamma, i par eller i grupper, står väl ut mot den blå bakgrunden av övriga komponenter i preparatet. Ofta kan bakteriecellerna ordnas i form av ett romerskt tal "V".

I preparatet är det också möjligt att detektera förändrade coccoidresistenta former av orsaksmedlet, rundade sfäriska eller mycelikniknande strukturer. I det här fallet måste det positiva svaret bekräftas med ytterligare metoder.

Strukturen av mycobakteriens cellvägg

Mycobakteriens cellvägg är den mest komplexa i jämförelse med resten av prokaryoter.

Medan gramnegativa bakterier har två membraner består myggakteriens cellvägg av flera lager, av vilka vissa innehåller sockerarter och kännetecknas av en relativt konstant komposition. De yttre skikten har en variabel kemisk sammansättning och representeras huvudsakligen av lipider, varav de flesta är mykolsyror och deras derivat. Dessa lager är som regel inte synliga i elektronmikroskopi. Den primära ramen för cellväggen är tvärbundna peptidoglykaner - det elektron-täta skiktet. Skiktet av arabinogalaktaner upprepar ett skikt av peptidoglykaner, som bildar en polysackaridstroma i cellväggen. Den har anslutningspunkter med peptidoglykanskiktet och strukturer för att fixera mykolsyror och deras derivat.

Mykolsyra är närvarande i form av fria sulfolipider och sladdfaktor, vars närvaro på cellytan är associerad med den karakteristiska bildningen av M-kolonier. Tuberkulos i form av selar. Mykosyrornas unika och nyckelroll i mycobakteriens strukturella organisation och fysiologi gör dem till ett utmärkt mål för etiotropisk terapi.

Ett skikt av glykolipider kallas "mykosider" och ibland jämförs med en mikrokapsel. Mikozidy strukturellt och funktionellt liknar de yttre membran lipopolysackarider av gramnegativa bakterier, men deras brist på aggressivitet, ändå de är giftiga och (sladd-liknande faktor och sulfolipider) orsaka bildandet av granulom.

Cellmembranet och cellväggskikten penetreras med kanaler eller porer, bland vilka passiva porer med kort livslängd som ger kontrollerad diffusion av substanser och kanaler med en längre livstid som ger energiberoende transport av ämnen kan särskiljas.

En annan komponent i mycobakteriens cellvägg är lipoarabinomannan. Den är förankrad på plasmamembranet, genomtränger cellväggen och framträder på dess yta. I detta avseende liknar den lipoteikosyror av gram-positiva bakterier eller lipopolysackarid-O-antigen av gramnegativa bakterier. Terminalfragment av lipoarabinomannan, i första hand dess mannosradikaler, undertrycker ej specifikt aktiveringen av T-lymfocyter och perifer blod leukocyter. Detta leder till en överträdelse av immunsvaret mot mykobakterier.

Variabilitet och former av mykobakterier

Bakteriens uthållighet har en särskild patogenetisk betydelse. Laboratorieexperiment utförda in vitro och in vivo visade att bakteriepreparationer av isoniazid och pyrazinamid endast dödar mykobakterier under reproduktionsfasen. Om mykobakterierna befinner sig i en fas med låg metabolisk aktivitet (dvs. Bakterieutvecklingen är nästan helt suspenderad och bakterierna kan kallas "vilande"), verkar bakteriedödande preparat inte på dem. Detta tillstånd kallas vilande, och mikroorganismer kallas persisters. Persister är inte känsliga för kemoterapi, d.v.s. Bete sig som resistenta mikroorganismer. Faktum är att de kan förbli känsliga för droger.

En kraftfull stimulans för övergången av mykobakteriella celler till det vilande tillståndet är kemoterapeutiska medel, liksom faktorerna i värdens immunsystem. Persisters kan överleva i lesionerna i månader eller till och med år. Under persistens kan mykobakterier omvandlas till L-former. I denna form uppvisar mykobakterier extremt låg metabolisk aktivitet, som främst syftar till att öka tjockleken hos cellväggen och extracellulär matris, vilket förhindrar enkel diffusion av ämnen. Dessutom finns det i mykobakterier en ackumulering av genetiskt material, vilket ökar sannolikheten att rekonstruera en normalt fungerande cell under gynnsamma förhållanden. Detekteringen av L-former med standardmikrobiologiska metoder är svår.

Om dormanta mykobakterier återigen förvärvar metabolisk aktivitet och börjar multiplicera under kemoterapi dör de snabbt. Om kemoterapi är avslutad fortsätter sådana "återupplivade" mykobakterier att multiplicera och orsaka sjukdomens återfall. Detta förklarar giltigheten av långa kurser av kemoterapi och tillämpningen av efterföljande kort profylaktisk. Som regel säsongsbetonad, kurser av kemoprofylax.

Fysiologi av mykobakterier

I prokaryoternas rike är mykobakterier otvivelaktiga ledare i syntesen av de mest komplexa organiska föreningarna. De har förmodligen den mest flexibla metabolismen, vilket ger den nödvändiga variationen för överlevnad både i den yttre miljön och i makroorganismen. Hittills har mer än 100 enzymatiska reaktioner beskrivits, vilket visar den grenade och komplexa karaktären hos mykobakteriernas metabolism. För syntesen av de slutliga föreningarna eller för att tillhandahålla de nödvändiga fysiologiska funktioner hos mykobakterier kan utföras parallella vägar beroende på substrattillgänglighet, kemisk miljö, cykler säkerhets respiratory nödvändiga komponenter (metalljoner, partialtryck av syre, koldioxid och andra.).

Biokemiska egenskaper hos mykobakterier

[5], [6], [7], [8], [9], [10]

Lipids metabolism

Cellväggens lipider, som utgör upp till 60% av cellens torrvikt, bestämmer mycobakteriens tinctoriella, fysiologiska och ekologiska egenskaper som inte är standard.

De specifika lipiderna av mykobakterier som hittills beskrivits är strukturellt uppdelade i 7 huvudgrupper:

1. fettsyraderivat av kolhydrater (huvudsakligen trehalos - ledningsfaktor):
2. mannosider av fosfatidylmiosin:
3. fettsyraderivat av peptider;
4. glykosider av N-acylpeptider - mykosider C;
5. fettsyraestrar av fluorotyroler;
6. mykosider A, B. G;
7. Mykoler av glycerin.

Lipider i grupper 4-6 finns endast i mykobakterier.

Bland de unika, bör det noteras tuberculostearic och tuberculopalmitic syra, som är prekursorer av mykolsyra.

Mikolovye-syra - en grupp högmolekylära fettsyror med en kedjelängd på upp till 84 kolatomer, strukturen hos huvudkedjan bestäms av den systematiska positionen av mikroorganismen och betingelserna för dess tillväxt. Deras låga reaktivitet ger hög kemisk stabilitet av mycobacteriumcellväggen. Mikolata undertrycker den enzymatiska klyvningen av cellväggen och friradikalreaktionerna.

Ledningsfaktor hänför sig till den 1: a gruppen lipider. Det är förknippat med hög toxicitet hos mykobakterier och virulens.

Ytaktiva lipider eller sulfolipider spelar en viktig roll vid intracellulär anpassning av mykobakterier. Tillsammans med ledningsfaktorn bildar de cytotoxiska membran -otropa komplex.

Lipoarabinomannan är en heterogen blandning av hög molekyl lipopolysackarid: grenade polymerer med arabinos och mannos derivat diatsilglitserinovymi tuberkulostearinovoy och palmitinsyra.

Mykosider C är peptidoglykolipider. Som bildar det yttre skalet av mykobakterier, som kan observeras genom elektronmikroskopi i form av en transparent zon i cellens periferi. Mykosider är artsspecifika föreningar. Antigene egenskaper hos mykobakterier beror på deras typ.

Den kvantitativa och kvalitativa sammansättningen av lipidföreningar av mykobakterier är dynamisk och beror på cellernas ålder, sammansättningen av näringsmedia och de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos miljön. Unga celler av mykobakterier börjar bilda en cellvägg från syntesen av lipopolysackarider med relativt korta alifatiska kedjor. I detta skede är de ganska sårbara och tillgängliga för immunsystemet. Med tillväxten av cellväggen och bildandet av högmolekylära lipider förvärvar mykobakterier stabilitet och likgiltighet i sambandet med immunsystemet.

Kolhydraternas metabolism

Den mest föredragna kolkällan för mykobakterier är glycerol.

De viktigaste kolhydraterna är arabinos. Mannos och maltos - står för mer än hälften av alla sackarider. Dessutom spelar cellerna i rollen trehalos, glukos, fruktos, galaktos, rhamnos och några andra sackarider. Samtidigt går syntesen längs hydrolas- och aldolasvägarna. Pyruvatvägen används för syntesen av glykogen. Arabinos och mannos är involverade i bildandet av viktiga strukturella föreningar. För att erhålla energi används pentosfosfatvägen för glukosoxidation. Det tillhandahålls av malat, isocitrat och succinat dehydrogenaser, vilket ger flexibilitet i andningsorganen.

Glyoxylatvägen är unik, vilken mykobakterier används för att involvera fria fettsyror i trikarboxylsyracykeln, vilka ackumuleras under tillväxten av mykobakteriet. Denna cykel lockar uppmärksamheten hos forskare som en möjlig mekanism för mykobakteriens kemotaxi under persistens.

Metabolism av kväve och aminosyror

Användningsgraden för mykobakterier nitrater, nitriter, hydroxylaminer kan tjäna för att identifiera arter. Som en källa till kväve föredrar mykobakterier asparagin. Syntes av aminosyror är en flyktig process och tillhandahålls av en grupp av enzymer som tillåter användning av andra aminosyraföreningar, till exempel glutamat.

Nitrit- och nitratreduktasaktivitet

Mycobacterium tuberculosis kan bilda adenosintrifosfat (ATP) i överföringen av kedjeöverförande elektroner avslutande NR ₃ -, men inte O ₂ I denna reaktion inträffar rekonstituering NR ₃ till NH ₃ i mängder som krävs för syntesen av aminosyror, purin- och pyrimidinbaser. Detta görs genom sekventiell verkan av nitrat- och nitritreduktaser.

Katalas och peroxidasaktivitet

Katalas förhindrar ackumulering av väteperoxid, vilken bildas under aeroboxidation av rekonstituerade flavoproteiner. Enzymaktiviteten beror på mediet och temperaturens pH. Vid en temperatur av 56 ° C är katalas inte aktiv. Det finns test för att tillhöra det patogena komplexet av mykobakterier, baserat på katalasens termiska stabilitet.

Det är känt att 70% av stammarna av mycobacterium tuberculosis, resistent mot isoniazid, förlorar sin katalas- och peroxidasaktivitet.

Peroxidas och katalasaktivitet utförs av samma enzymkomplex.

[11], [12], [13], [14], [15]

Vitaminer och koenzymer

Strukturen för M. Tuberculosis inkluderar B-vitaminer (riboflavin, pyridoxin. Cyanokobalamin, tiamin), vitamin C och K. P-aminobensoesyra och pantotensyra nikotinsyra, biotin och folsyra.

Metabolism, näring och andning av mykobakterier

Under de vanliga, gynnsamma förhållandena, mycobacterium tuberculosis - strikta aerober och mesofiler, dvs. De växer i närvaro av syre och i temperaturområdet av 30-42 ^på C, företrädesvis vid 37 ^för S. Under ogynnsamma miljöbetingelser, och (eller) syrebrist Mycobacterium tuberculosis visar sig som microaerophiles och även anaerober. Samtidigt genomgår deras metabolism signifikanta förändringar.

På syreförbrukning och utveckling av oxidasystem liknar mykobakterier sanna svampar. Som en länk mellan NADH dehydrogenas och cytokrom b i överföringssystemet av släktet Mycobacterium är vitamin K ₉. Detta system av cytokrom liknar ett mitokondriellt system. Det är känsligt för dinitrofenol, såväl som i högre organismer.

Den typ av andning som beskrivs är inte den enda källan till ATP-bildning. Förutom O ₂ -terminal. Mykobakterier kan använda andningskedjor som bär elektroner och slutar i nitrater (NO ₃ ^- ). Reserven i mycobakteriens andningssystem är glyoxylatcykeln.

Anoxisk (endogen) andning, manifesterad i en atmosfär med en syrekoncentration på mindre än 1%, stimulerar azidföreningar som reducerar oxidationen av pyruvat eller trehalos.

Tillväxt och reproduktion av mykobakterier

Mycobacterium tuberculosis odlar extremt långsamt: Dubbeltiden är 18-24 timmar (vanliga bakterier delas var 15: e minut). För att uppnå en synlig tillväxt av typiska kolonier tar det därför minst 4-6 veckor. En av orsakerna till den långsamma reproduktionen av mykobakterier är deras uttalade hydrofobicitet, vilket gör diffusionen av näringsämnen svårare. Det är mer troligt att detta är genetiskt bestämt och är förknippat med en mer komplex enhet av mykobakterier. Det är exempelvis känt att de flesta bakterier har flera kopior av ribonukleinsyra-ribonukleinsyraoperatorn (rRNA). Långsamt växande mykobakterier (M. Tuberculosis, M. Leprae) har en kopia av operonen, och snabbväxande (M. Smegmatis) har bara två kopior.

När odlade på flytande media växer mykobakterier på ytan. Den mjuka torra filmen fördjupar i slutändan, blir skumpig och skrynklig och förvärvar en gulaktig snitt, ofta jämförd med elfenbenets färg. Buljongen förblir transparent och det är möjligt att uppnå diffus tillväxt endast i närvaro av detergenter, t ex Tween-80. I mikrokolonier (dvs. I de tidiga stadierna) bildas strukturer som liknar buntar, ett tecken som är associerat med cord-faktorn för M. Tuberculosis.

Genetik av mykobakterier

Släktet hos mykobakterier är mycket varierat ur genetisk synvinkel. Till skillnad från många saprofytiska och nontuberculösa mykobakterier innehåller mycobacterium tuberculosis inte extrakromosomala inklusioner (till exempel plasmider). Hela mångfalden av egenskaper hos mycobacterium tuberculosis bestäms av dess kromosom.

Genomet av M. Tuberculosis-komplexet är extremt konservativt. Dess representanter har DNA-homologi på 85-100%. Medan DNA från andra mykobakteriella arter är homolog med M. Tuberculosis med endast 4-26%.

Representanter för släktet Mycobacterium har stora genomer i jämförelse med andra prokaryoter - 3.1-4.5x10 ⁹ Da. Genen av patogena arter är dock mindre än i andra mykobakterier (i M. Tuberculosis - 2,5x10 ⁹ Da). Det klassiska orsaksmedlet för humant tuberkulos, M. Tuberculosis, har flera gener än M. Africanum och M. Bovis, som har förlorat något av det genetiska materialet under evolutionen.

År 1998 publicerades nukleotidsekvensen för kromosomen av stam H37Rv M. Tuberculosis. Dess längd är 4 411529 baspar. Kromosom Mycobacterium tuberculosis är en ringstruktur. Den innehåller cirka 4000 gener kodande proteiner, liksom 60. Kodande funktionella komponenter i RNA: unik ribosomal RNA operon, 10Sa RNA. Involverad i nedbrytningen av proteiner med atypisk matris RNA. 45 transport RNA (tRNA), mer än 90 lipoproteiner.

Mer än 20% av genomet är ockuperat gener cellväggen fettsyrametabolism, inklusive mykoliska syror rika på glycin sur polypeptid (familjen av PE och PPE) som kodas polymorfa PGRS genomdelar (Polymorf GC-rika repetitiva sekvensen) och MPTR (Major polymorf tandemupprepning) , respektive (den femte och fjärde ringen av den genomiska kromosomkartan). Variabiliteten hos dessa delar av genomet ger skillnader i antigener och förmågan att hämma immunsvaret. Gener som kontrollerar virulensfaktorer är allmänt representerade i genomet av mycobacterium tuberculosis.

Mycobacterium tuberculosis syntetiserar alla komponenter som är nödvändiga för metabolism: essentiella aminosyror, vitaminer, enzymer och kofaktorer. I jämförelse med andra bakteriearter har aktiviteten av lipogenesenzymer i M. Tuberculosis ökats. Två gener kodar hemoglobinliknande proteiner, vilka spelar rollen som antioxidantskydd eller fällor av överskott av cellulärt syre. Dessa egenskaper bidrar till den snabba anpassningen av mykobakteriella tuberkulos till plötsliga förändringar i miljöförhållandena.

Egenheten hos genomet av M. Tuberculosis-komplexet är ett stort antal upprepande DNA-sekvenser. So. I M. Tuberculosis H37Rv kromosom räkna upp till 56 kopior av IS-element (införingssekvenser - sekvenser inbäddade) som ger DNA-polymorfism av Mycobacterium tuberculosis. De flesta av dem. Förutom IS6110-elementet. är oförändrade. Sammansättningen av kromosomer olika stammar av Mycobacterium tuberculosis, föreligger i allmänhet från 5 till 20 kopior av IS6110 dock stött på stammar som inte har detta element. Tillsammans med IS-elementen genen innehåller flera typer av korta nukleotid upprepningar (PGRS och MPTR), såväl som direkta upprepningar DR (direkt upprepning), som ligger i DR-fältet och separata variabla sekvenser - distanser (sjätte ring på kromosomen kartan). Skillnader i antal kopior och lokalisering på kromosomen av dessa genetiska element används för att differentiera stammar av mykobakterie tuberkulos i molekylär epidemiologi. De mest perfekta genotypningsplanerna för mykobakterier är baserade på detektering av genomisk polymorfism orsakad av elementet IS6110, såväl som DR och deras distansorgan. Det är karakteristiskt att divergensen av M. Tuberculosis uppträder som regel på grund av rekombinationer mellan kopior av elementet IS6110. Vilken flank olika gener.

I genomet H37Rv finns två profiler - phiRvl och phiRv2. Liksom den polymorfa Dral-platsen är de. Förmodligen associerad med patogenicitet faktorer, eftersom dessa delar av genomet skiljer sig från analoga ställen avirulenta stammarna M. Tuberculosis H37Ra och M. Bom BCG, definierade delar av genomet (mutt, OGT-gener), ansvarig för att öka mutationsfrekvensen och anpassning av Mycobacterium tuberculosis i pressovyh villkor. Detection trigger genen hos Mycobacterium tuberculosis dormantnosti ändrat uppfattning om latent TB-infektion.

Studie av polymorfism av gener som kodar för katalas, peroxidas och A-subenhet av DNA-gyrase. I M. Tuberculosis-komplexet isolerades tre genotypiska grupper. Den äldsta (ur evolutionens synvinkel) grupp I: M. Africanum, M. Bovis. M. Tuberculosis och M. Microti. Grupp II och III inkluderar olika stammar av M. Tuberculosis som har spridit sig i vissa geografiska områden. Klonalt beteende är karakteristiskt för grupperna I och II, och stammar i grupp III orsakar extremt sällsynta masssjukdomar. I olika regioner i världen är de genetiska familjerna hos M. Tuberculosis, som har fått namnen Haarlem, vanliga. Afrika, Filippinska.

En särskild plats upptas av familjen Peking, först identifierad i histologiska preparat av lungvävnad 1956-1990. Från de sjuka i förorterna i Peking. För idag finns stammarna i denna familj i Asiens stater. Sydafrika, Karibien, USA. Fördelningen av denna genotyp i olika territorier bestäms av den inhemska befolkningens och invandrarnas etniska egenskaper. Data om fördelningen av stammar av SI / Beijing genotypen i den nordvästeuropeiska delen av Ryssland (St Petersburg) och i Sibiriens regioner har nyligen erhållits.

Stabilitet hos mykobakterier

Under utvecklingen av mycobacterium tuberculosis utvecklades olika mekanismer för att övervinna eller inaktivera negativa miljöfaktorer. För det första. Det här är en kraftfull cellvägg. För det andra finns det omfattande metaboliska möjligheter. De kan inaktivera många cellulära toxiner och ämnen (olika peroxider, aldehyder och andra) som förstör cellmembranet. För det tredje är det den morfologiska plasticiteten, som består i omvandlingen av mykobakterier (bildandet av L-former av vilande celler). Genom sin stabilitet, efter sporbildande bakterier, upptar de en ledande plats i prokaryoternas rike.

Det orsakande agenset behåller sin livskraft i torrt tillstånd i upp till 3 år. När Mycobacterium tuberculosis är uppvärmd, kan den stå emot temperaturer över 80 ° C. Hittills är det troligt att mycobacterium tuberculosis, som finns i sputum, förblir livskraftig när den senare kokas inom 5 minuter.

Mycobacterium tuberculosis resistent mot organiska och oorganiska syror, alkalier, många oxidationsmedel, och även till ett område av antiseptiska och dehydratiserande ämnen som har en skadlig effekt på andra patogena mikroorganismer. Mykobakterier är resistenta mot alkoholer och aceton.

Det noteras att de kompositioner baserade på kvartärt ammonium TB inte uppvisa aktivitet vid vissa betingelser, är koncentrationen av syreradikaler och klor och 0,5% inte heller ha den katastrofala effekten på Mycobacterium tuberculosis. Detta innebär att det inte är möjligt att använda ett sådant medel för sterilisering av sputum och andra infekterade biologiska material.

Mycobacterium tuberculosis är okänslig för diffust solljus och kan existera i mer än ett år i den yttre miljön utan förlust av lönsamhet. En kortvågs ultraviolett studie har en universell bakteriedödande effekt på alla mikroorganismer. I verkliga förhållanden ökar emellertid motståndet mot ultraviolett strålning när mycobacterium tuberculos suspenderas i form av cellulära agglomerat med dammpartiklar.

Den höga överlevnadshastigheten för mycobacterium tuberculosis bidrar till den extremt breda spridningen av denna infektion bland befolkningen, oavsett klimatförhållanden. Detta bidrar dock inte bara till globaliseringen av problemet - mycobacterium tuberculosis kan kvarstå länge i människokroppen och kan reaktiveras obegränsat.

Lokalisering av Mycobacterium tuberculosis inuti makrofager säkerställa tillräcklig stabilitet av substratet, med tanke på de "livslängd" mononukleära fagocyter och varaktighet replikation av mykobakterier såväl som isolering av de effektorer för humoral immunitet. Samtidigt väljer patogenen ett biotop, vilket på grund av potentiell fara är oacceptabelt för de flesta mikroorganismer. Denna symbios tillhandahålls av ett antal adaptiva mekanismer av mykobakterier.

Processen med makrofagskador och parasitism i det ser ut så här: penetration av mykobakterier i ett makrofag utan dess aktivering; undertryckande av fagolysosombildning eller transformation till en zon som är bekväm för bakterier; genombrott från fagosomer in i cytoplasman med inaktivering av antimikrobiella faktorer; interferens i cellens liv; försvagning av känsligheten hos makrofager till de aktiverande signalerna av T-lymfocyter; en minskning av den antigen-presenterande funktionen av makrofager och den följdvisa försvagningen av reaktionerna av cytotoxiska T-lymfocyter, avstämd till förstörelsen av infekterade celler.

Utan tvekan, i tillhandahållandet av denna viktiga roll spelar funktionerna i cellväggen. Såväl som metaboliska och funktionella förmågor. När den först bringas i kontakt med mikroorganismen Mycobacterium immunsystemet inte kan ansluta humoral immunitet snabbt neutralisera och eliminera cellen från kroppen, eftersom det rörliga alifatisk kedja med mykobakteriell väggen inte tillåter att utvärdera ytstrukturer av patogenen och förmedla relevanta information som är nödvändig för syntesen av en uppsättning av antikroppar.

Höga hydrofobiciteten hos mykobakterier tillhandahåller icke-specifika, d.v.s. Oberoende av receptorer, kontakter med makrofager. Forma runt mycobacteriumcellfagosomen placerar makrofagen det i sig själv. Yt-mykosidiska och lipoarabinomannan-komplex kan igenkännas av receptorer, men signalerna som utlöses genom dem aktiverar inte eller aktiverar svagt makrofager. Följaktligen åtföljs fagocytos inte av frisättningen av fria radikals former av syre och kväve. Det förmodas att i större utsträckning detta är karakteristiskt för virulenta stammar av M. Tuberculosis, som på grund av de strukturella särdragen hos lipoarabinomannan initierar "icke-aggressiva" fagocytos. Vid erkännande av M. Tuberculosis deltar även andra makrofagreceptorer, i synnerhet CD14 och receptorer av komplement C3-komponenten (CR1-CR3).

En gång inuti makrofagen, innefattar mykobakterie ett antal mekanismer som förhindrar bildandet fagolysosomen: produktion av ammoniak, som gjordes basisk miljö inom fagosomen, sulfolipider syntes, vilket leder till bildandet av en negativ laddning på ytan av fagosomen. Vilket förhindrar fusion av fagosomen och lysosomen.

Om emellertid är fagolysosomen bildas, på grund av den kraftfulla mykobakterie vax skal kapabel Släck fria radikalreaktioner orsakade fagocyt baktericida substanser. Ammonium alkaliserar mediet, blockerar aktiviteten av lysosomala enzymer och sulfolipider neutraliserar membran-katjoniska proteiner. Dessutom, Mycobacterium tuberculosis producera mycket aktiva enzymer med katalas och peroxidas-aktivitet, som konkurrerar med peroxidas system makrofager och samtidigt inaktivera hydroperoxider lysosomer Allt detta ökar motståndet av mykobakterier till oxidant stress.

Ytterligare anpassning av mykobakterier består i att använda järnhaltiga makrofager för deras enzymsystem och blockera immunospecifika funktioner hos makrofager. Makrofager är en av de främsta reservoarerna av järn, vars överskott ackumuleras i form av ferritin. Järnhalten i de alveolära makrofagerna är 100 gånger högre än i blodmonocyterna, vilket säkerligen bidrar till deras kolonisering av mykobakteriella tuberkulos.

Den toxiska effekten på mykobakteriernas makrofager utförs med hjälp av endotoxiner och icke-specifika faktorer. Både dessa och andra påverkar främst andningsvägarna i makrofagerna - mitokondrier. Endotoxiner inkluderar mykoliska arabinolipider, som inhiberar andning av mitokondrier. Till icke-specifika toxiner ingår produkterna av syntesen av lipiddelen av mycobakteriecell-ftien och ftionsyror, vilka orsakar dissociationen av oxidativ fosforylering. Intensifieringen av metaboliska processer under dessa betingelser åtföljs ej av den korrekta syntesen av ATP. Värdceller börjar uppleva energihush, vilket leder till inhibering av deras vitala aktivitet, och i framtiden till cytolys och apoptos.

Det är möjligt att vissa faktorer av patogenicitet bildas enbart inom infekterade celler, vilket förekommer i andra bakterier som föredrar en intracellulär livsstil. Till exempel uttrycker salmonella, parasiterande inuti makrofager, dessutom uttryckt mer än 30 gener. Trots den fullständiga beskrivningen av genomet av mycobacterium tuberculosis. 30% av kodonerna är relaterade till proteiner med okända egenskaper.

Läkemedelsresistens hos mykobakterier

Ur klinisk synpunkt bestämmer läkemedelsfösligheten hos mikroorganismen möjligheten att använda standard kemoterapi med det indikerade läkemedlet för behandling av sjukdomen orsakad av den isolerade stammen. Stabilitet "förutsätter misslyckad behandling med ett testat kemoterapeutiskt läkemedel." Med andra ord undertryckar användningen av standardkemoterapi som resulterar i att man uppnår en systemisk läkemedelskoncentration, vanligen effektiv under normala förhållanden, inte reproduktionen av "resistenta mikroorganismer".

I mikrobiologi bygger en populationsstrategi på definitionen av läkemedelsresistens eller läkemedelsresistens, vilket medför en annan grad av stabilitet hos poolen (en heterogen population) av mikrobiella celler. Läkemedelsresistens bedöms i kvantitativa egenskaper, såsom "minimal hämmande koncentration" (MIC). Till exempel, med MIK-90, dör 90% av mikroorganismerna (bakteriostatisk koncentration). Motståndet bör således förstås som sin grad i en del av den mikrobiella populationen, vilken förutbestämmer behandlingsbrist i de flesta fall. Det är allmänt accepterat att 10% av resistenta stammar bland patientens hela mikrobiella population kan ha en patogen effekt. I fthisiobakteriologi för första linjära antituberkulosläkemedel är det 1%. Eller 20 kolonidannande enheter - CFU). Denna del av den mikrobiella befolkningen på en månad kan förskjuta originalet och bilda ett lesionsfokus. För anti-TB-läkemedel i den andra serien är stabilitetskriteriet en 10% ökning av den mikrobiella populationen.

Utvecklingen av läkemedelsresistens hos mikroorganismer är associerad med selektion (selektion) i närvaro av ett antibiotikum och med den övervägande överlevnaden av en del av en mikrobiell population som har skyddsmekanismer mot ett antibakteriellt medel. Varje population är ett litet antal mutantceller (vanligen 10 ⁶ -10 ⁹ ), resistenta mot ett speciellt läkemedel. Under kemoterapi dör de känsliga mikrobiella cellerna och de resistenta formerna multipliceras. Som ett resultat av detta ersätts de sensoriska cellerna med stabila celler.

Mykobakterier har initialt ett högt naturligt motstånd mot många antibakteriella läkemedel med ett brett spektrum av åtgärder, men olika arter har olika spektrum och grad av denna känslighet.

Enligt sann naturliga stabilitetskonstant förstå specifika särdrags mikroorganismer associerade med frånvaro av mål-antibiotisk verkan eller på grund av otillgänglighet av det primära målet låg cellväggen permeabilitet, enzymatisk inaktivering ämne eller andra mekanismer.

Förvärvat resistens är egenskapen hos enskilda stammar för att förbli livskraftig vid de koncentrationer av antibiotika som hämmar tillväxten av huvuddelen av den mikrobiella populationen. Förvärvet av resistens i alla fall orsakas genetiskt: uppkomsten av ny genetisk information eller en förändring i uttrycksnivån för sina egna gener.

För närvarande har olika molekylära mekanismer för resistens hos mykobakterier av tuberkulos upptäckts:

• inaktivering av antibiotika (fermentationsinaktivering), till exempel, -lactamazamer;
• modifiering av åtgärdsmålet (förändring i proteinets rumsliga konfiguration på grund av mutation av motsvarande region av genomet):
• hyperproduktion av målet, vilket leder till en förändring i förhållandet mellan målmedlet och frisättningen av en del av bakteriens livbärande proteiner;
• aktivt avlägsnande av läkemedlet från den mikrobiella cellen (utflöde) på grund av införandet av spänningsskyddande mekanismer:
• ändra parametrarna för permeabilitet hos externa mikrobiella cellstrukturer som blockerar antibiotikares förmåga att tränga in i cellens inre;
• Inklusion av "metabolisk shunt" (bypass-utbytesväg).

Förutom direkta effekter på metabolismen av de mikrobiella cellerna, många antibiotika (bensylpenicillin. Streptomycin, rifampicin) och andra negativa faktorer (biocider immunförsvar) leda till uppkomsten av modifierade former av mykobakterier (protoplaster, L-former). Samt överföra celler till ett vilande tillstånd: intensiteten hos cellutbytet minskar och bakterien blir immun mot antibiotikas verkan.

Alla mekanismer bildar en annan grad av motstånd, vilket ger resistens mot olika koncentrationer av kemoterapeutiska läkemedel, så framväxten av resistens i bakterier följs inte alltid av en minskning av antibiotikans kliniska effektivitet. För att bedöma effektiviteten och prognosen för behandlingen är det viktigt att veta graden av resistens.

För närvarande bestäms åtminstone en gen för varje antituberkulöst läkemedel i den första serien och för de flesta reservberedningarna. Specifika mutationer i vilka leder till utveckling av resistenta varianter av mykobakterier. Vid den breda spridningen av läkemedelsresistens i mykobakterier är den höga förekomsten av mutationer in vivo viktigare än in vitro.

[16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25],

Typer av resistens mot mykobakterier

Skill mellan primär och förvärvad läkemedelsresistens. Mikroorganismerna med primär resistens innefattar stammar isolerade från patienter som inte fick specifik terapi eller som fick läkemedel i en månad eller mindre. Om det är omöjligt att klargöra faktumet att använda anti-tuberkulosläkemedel används termen "ursprunglig resistans".

Primär läkemedelsresistens är av stor klinisk och epidemiologisk betydelse, därför att dess korrekt bedömning inte bör genomföra nya fall av TB kemoterapi mikrobiologiska studier av diagnostiskt material. Frekvensen av primär läkemedelsresistens beräknas som förhållandet av antalet nydiagnostiserade TB-patienter med primär resistens mot ett antal av alla nya patienter som erhöll studiedrogkänslighet för ett mål Om resistent stam isolerad från en patient i bakgrunden av anti-TB-terapi, utförs under en månad eller mer, stabiliteten betraktas som förvärvad. Frekvensen av primär läkemedelsresistens karakteriserar epidemiologiska tillståndet hos TB-patogenpopulationen.

Förvärvat läkemedelsresistens bland nyanställda patienter är resultatet av misslyckad behandling (felaktigt val av läkemedel, underlåtenhet att hålla sig vid dosen, lägre doser av läkemedel, instabila leveranser och dålig läkemedelskvalitet). Dessa faktorer leder till en minskning av den systemiska koncentrationen av droger i blodet och deras effektivitet samtidigt som de "utlöser" skyddande celler i mykobakteriella celler.

För epidemiologiska ändamål beräknas frekvensen av tidigare behandlade fall. För detta ändamål beaktas patienter som rekryteras för upprepad behandling efter det att en misslyckad behandling med kemoterapi eller återfall har beaktats. Förhållandet mellan antalet resistenta kulturer av mycobacterium tuberculosis beräknas till antalet av alla stammar som undersöktes för närvaro av läkemedelsresistens under året bland patienter i denna grupp vid tidpunkten för registreringen.

I strukturen av läkemedelsresistens utmärks mycobakterier tuberkulos:

Monoresistance - resistens mot ett av de antituberkulösa läkemedlen, känslighet för andra droger är bevarad. När man använder komplex terapi detekteras mono-resistens sällan och. Som regel till streptomycin (hos 10-15% av fallen bland nyanställda patienter).

Multidrugresistens - resistens mot två eller flera droger.

Multipel drogresistens - resistens mot isoniazid och rifampicin samtidigt (oavsett tillgängligheten mot andra droger). Det åtföljs som regel av resistens mot streptomycin, etc. För närvarande har MDR av tuberkulospatogener blivit ett epidemiologiskt farligt fenomen. Beräkningarna visar att detektion av patogener med MDR i mer än 6,6% av fallen (bland nyinställda patienter) kräver en förändring av National Tuberculosis-programmets strategi. Enligt övervakningen av läkemedelsresistens är frekvensen av MDR bland nyanställda patienter 4 till 15%, bland återfall - 45-55% och bland fall av misslyckad behandling - upp till 80%.

Superstabilitet - Multipel drogmotstånd kombinerad med resistens mot fluorokinoloner och en av de injicerbara läkemedlen (kanamycin, amikacin, capreomycin). Tuberkulos, som orsakas av stammar med superstabilitet, utgör ett direkt hot mot patienternas liv, eftersom de andra anti-tuberkulosemedlen i andra raden inte har någon uttalad antibakteriell effekt. Sedan 2006 har i vissa länder övervakningen av stammar av mykobakterier med superstabilitet övervakats. Utomlands är det vanligt att beteckna den här versionen av MDR som XDR.

Korsresistens - när uppkomsten av resistens mot ett enda läkemedel medför resistens mot andra droger. I M. Tuberculosis är i regel inte mutationerna associerade med resistans. Utvecklingen av korsresistens beror på likheten hos den kemiska strukturen hos vissa anti-tuberkulosläkemedel. Särskilt ofta är korsmotstånd detekterat inom en grupp läkemedel, exempelvis aminoglykosider. För förutsägelse av korsresistens behövs studier av kulturen av mykobakterier på den genetiska nivån i kombination med en mikrobiologisk resistansstudie.

Nyfödda

Nontuberkulösa mykobakterier sänds mycket sällan från person till person. Frekvensen för tilldelningen av vissa av deras arter från materialet från patienter är jämförbar med frekvensen av dessa arter från föremålen för den yttre miljön. Källor för infektion kan vara husdjur och fåglar, obearbetade livsmedel. Mykobakterier finns i post mortem och i mjölk av nötkreatur.

Enligt bakteriologiska laboratorier, förekomsten av icke-tuberkulos mykobakterier 2004-2005 var 0,5-6,2% bland alla mykobakterier hos nyligen diagnostiserade patienter. Förmodligen kan frekvensen vara något högre, eftersom metoden som används för att bearbeta det diagnostiska materialet inte är optimalt för icke-tuberkulösa mykobakterier. Saprofytiska mykobakterier kan förekomma i det diagnostiska materialet om insamlingsreglerna inte följs eller på grund av materialets specificitet (till exempel, M. Smegmatis kan utsöndras ur urin hos manliga patienter).

I detta avseende är det viktigt att upprepade gånger bekräfta de upptäckta speciesna av mykobakterier från materialet från patienten.

Mykobakterier påverkar huden, mjukvävnaden och kan också orsaka mykobakterier i lungorna, vilket är särskilt vanligt vid immunförsvarande tillstånd. Med lung lokalisering upptäcks oftare hos äldre män, vars historia omfattar kroniska lungsjukdomar, inklusive de med svamplidor.

Av alla mykobakterier är M. Avium-intracellularae-komplexet det vanligaste orsaksmedlet för lungmykobakterier hos människa. Det orsakar sjukdomar i lungorna, perifera lymfkörtlar och spridda processer. I norra delen av den europeiska regionen, cirka 60% av lungens mykobakterier. Fibro-cavernous och infiltrativa processer dominerar att ta kronisk kurs på grund av hög resistens mot anti-tuberkulosläkemedel.

M. Kansasii är orsakssambanden till kronisk lungsjukdom, som liknar tuberkulos. Kemoterapi är effektivare på grund av den högre känsligheten hos M. Kansasii mot antibakteriella läkemedel. M. Xenopi och M. Malmoense orsak, huvudsakligen kroniska lungsjukdomar. De kan förorena vattensystemet med varmt och kallt vatten. M. Malmoens livsmiljö är inte helt etablerad. M. Xenopi visar ganska god känslighet mot anti-tuberkulosbehandling. M. Malmoense visar en tillräckligt hög känslighet för antibiotika in vitro, men konservativ behandling är ofta ineffektiv till döden. M. Fortuitum och M. Chelonae är kända som orsakssamband för sjukdomar i ben och mjukvävnader på grund av direkt infektion i såret med trauma, kirurgisk ingripande och penetrerande skada. De orsakar upp till 10% av mykobakterierna i lungorna. Det flyter som ett kroniskt, destruktivt, bilateralt nederlag, ofta dödligt. Antituberkulosläkemedel och bredspektrumantibiotika är inte aktiva eller är inte mycket aktiva mot dessa typer av mykobakterier.

I de södra regionerna är mykobakterier av huden och mjuka vävnader orsakade av M. Leprae, M. Ulceranse. Detektion av nontuberculosis mykobakterier utförs i laboratorier av ledande tuberkulosinstitutioner i landet. Detta kräver hög kvalifikation och god utrustning av laboratorier.