Туберкулезная палочка строение

Mycobacterium tuberculosis
M. tuberculosis 15549x, СЭМ
Научная классификация

Домен:

Бактерии

Класс:

Актинобактерии

Порядок:

Актиномицеты

Подпорядок :

Corynebacterineae

Семейство:

Mycobacteriaceae

Вид:	Mycobacterium tuberculosis

Международное научное название

Mycobacterium tuberculosis (Zopf 1883) Lehmann and Neumann 1896

Mycobactérium tuberculósis (лат.) , па́лочка Ко́ха (МБТ, BK) — вид микобактерий, типовой вид семейства Mycobacteriaceae, выделен 24 марта 1882 года Робертом Кохом (24 марта объявлено ВОЗ Всемирным днём борьбы с туберкулёзом).

Входит в группу близкородственных видов MTBC (англ. Mycobacterium tuberculosis complex ), (M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum, M. microti, M. pinnipedii и M. caprae), способных вызывать туберкулёз у человека и некоторых животных. Является наиболее изученным видом из этой группы.

Бактерии, входящие в MTBC, имеют высокую степень родства (порядка 99,9 %) и идентичны по последовательностям 16S рРНК.

Содержание

Морфология возбудителя туберкулёза [ править | править код ]

МБТ относятся к прокариотам (в их цитоплазме нет высокоорганизованных органелл — аппарата Гольджи, лизосом). Отсутствуют также характерные для части прокариотов и некоторых других видов микобактерий плазмиды, обеспечивающие для микроорганизмов динамику генома. В сущности, элементы динамики генома обеспечивается способностью МБТ к мутации, а точнее к перемещению транспозонной последовательности IS6110, что обеспечивает наличие в популяции особей с генами, «выключенными» из работы, что обеспечивает, например, устойчивость особей к тем или иным антибиотикам.

Форма — слегка изогнутая или прямая палочка 1—10 мкм диаметром 0,2—0,6 мкм. Клетки с характерным свойством кислото- и спиртоустойчивой (на одной из стадий роста) окраски, являются аэрофилами и мезофилами (диапазон температур 37—42 °C), однако в процессе жизнедеятельности в неблагоприятных условиях метаболизм может измениться, а клетки трансформироваться в микроаэрофилы и даже становиться анаэробами. По потреблению кислорода и развитости оксидазных систем микобактерии схожи с истинными грибами. В качестве связующего звена между НАДН-дегидрогеназой и цитохромом b в переносящей системе рода Mycobacterium служит Витамин K9. Эта система цитохромов напоминает митохондриальную эукариотов. Она чувствительна к динитрофенолу, так же как и у высших организмов. Описанный тип дыхания — не единственный источник образования АТФ. Кроме O₂-терминальной, микобактерии могут использовать дыхательные цепи, переносящие электроны и оканчивающиеся нитратами (NO₃ − ). Резервом дыхательной системы микобактерий является ещё и глиоксилатный цикл. Бескислородное (эндогенное) дыхание, проявляющееся в атмосфере с концентрацией кислорода менее 1 %, стимулирует азидные соединения, которые уменьшают окисление пирувата или трегалозы.

Тинкториально — слабо грамположительные. Для дифференцировки окрашивают по Цилю — Нельсену или используют окраску флюорохромами.

Микобактерии неподвижны, не образуют спор и капсул. Конидии также отсутствуют. Растут на плотных питательных средах медленно: при оптимальной температуре видимые колонии появляются через 34—55 сут (присутствие в среде L-аспарагина или глутамината натрия ускоряет рост на плотных средах в 1,5 раза). Колонии чаще характерного цвета «слоновой кости», но бывают слабо пигментированные розовые или оранжевые, особенно при росте на свету.

Пигмент не диффундирует. Поверхность колоний обычно шероховатая (R-тип). В микроколониях М. tuberculosis (то есть на ранних сроках) и в жидких питательных средах образуются структуры, напоминающие «косы» или «жгуты» — признак, который связывают с корд-фактором.

Нередко микобактерии растут в виде слизистых или морщинистых колоний. На жидких средах микобактерии могут расти на поверхности. Нежная сухая плёнка со временем утолщается, становится бугристо-морщинистой и обретает желтоватый оттенок. Бульон остаётся прозрачным, и добиться диффузного роста удаётся в присутствии детергентов (ПАВ). При окраске карболовым фуксином и метиленовым синим микобактерии туберкулёза выявляются в виде тонких, слегка изогнутых палочек малиново-красного цвета, содержащих различное количество гранул. Иногда можно обнаружить изогнутые или извитые варианты. Микроорганизмы, располагающиеся поодиночке, парами или в виде групп, хорошо выделяются на голубом фоне других компонентов препарата. Нередко бактериальные клетки могут располагаться в виде римской цифры «V». В препарате можно выявить также изменённые кокковидные кислотоустойчивые формы возбудителя, округлые сферические или мицелиеподобные структуры. В этом случае положительный ответ должен быть подтверждён дополнительными (культуральными) методами исследования [2] .

В бактериальной клетке дифференцируется:

• клеточная стенка — состоящая из 3—4 связанных слоёв толщиной до 200—250 нм, содержит специфичные воска (микозиды) полисахариды, защищает микобактерию от воздействия внешней среды, обладает антигенными свойствами и проявляет серологическую активность; ограничивает микобактерию снаружи, обеспечивает стабильность размеров и формы клетки, механическую, осмотическую и химическую защиту, включает факторы вирулентности — липополисахариды, с фосфатидной фракцией которых связывают вирулентность микобактерий;
• бактериальная цитоплазма; может содержать гранулы;
• цитоплазматическая мембрана — включает липопротеиновые комплексы, ферментные системы, формирует внутрицитоплазматическую мембранную систему (мезосому);
• ядерная субстанция — состоит из одной кольцевой ДНК.

Белки (туберкулопротеиды) являются главными носителями антигенных свойств МБТ и проявляют специфичность в реакциях повышенной чувствительности замедленного типа. К этим белкам относится туберкулин. С полисахаридами связано обнаружение антител в сыворотке крови больных туберкулёзом. Липидные фракции способствуют устойчивости микобактерий к кислотам и щелочам.

Метаболизм и развитие МБТ в разных условиях [ править | править код ]

МБТ не выделяют эндо- и экзотоксинов, поэтому при инфицировании ими ярких клинических симптомов, как правило, не возникает. По мере размножения МБТ и формирования повышенной чувствительности тканей к туберкулопротеидам возникают первые признаки инфицирования (положительная реакция на туберкулин).

МБТ размножаются простым делением на две клетки. Цикл деления — 14—18 часов. Иногда размножение происходит почкованием, редко ветвлением.

МБТ весьма устойчивы к воздействию факторов внешней среды. Вне организма сохраняют жизнеспособность много дней, в воде — до 5 месяцев. Но прямой солнечный свет убивает МБТ в течение полутора часов, а ультрафиолетовые лучи — за 2—3 минуты. Кипящая вода вызывает гибель МБТ во влажной мокроте через 5 минут, в высушенной — через 25 минут. Дезинфектанты, содержащие хлор, убивают МБТ в течение 5 часов.

МБТ, поглощённые макрофагами в процессе фагоцитоза, сохраняют свою жизнеспособность длительное время и могут вызывать заболевание после нескольких лет бессимптомного существования.

МБТ могут образовывать L-формы, имеющие сниженный уровень метаболизма и ослабленную вирулентность. L-формы могут длительное время персистировать (сохраняться) в организме и индуцировать (вызывать) противотуберкулёзный иммунитет.

МБТ могут существовать в виде очень мелких фильтрующихся форм, которые выделяются у больных, длительно принимавших противотуберкулёзные препараты.

Генетика и эволюция Mycobacterium tuberculosis [ править | править код ]

Разнообразие свойств данного микроорганизма определяется её хромосомой. Геном M. tuberculosis complex очень консервативен. Его представители обладают гомологией ДНК в пределах 85—100 %, тогда как ДНК других представителей данного рода гомологичны M. tuberculosis лишь на 5—29 % [3] . Геном M. tuberculosis меньше, чем у других микобактерий. У классического возбудителя туберкулёза человека, M. tuberculosis, больше генов, чем у M. africanum и M. bovis, которые утратили часть генетического материала в ходе эволюции.

В 1998 г. была опубликована нуклеотидная последовательность хромосомы штамма H37Rv M. tuberculosis, являющегося музейным «классическим» штаммом. Хромосома представляет собой тороидальную структуру — свыше 4000 генов, кодирующих белки, плюс 60, кодирующих функциональные компоненты РНК: уникальный рибосомальный РНК-оперон, 10Sа РНК, участвующий в деградации белков с нетипичной матричной РНК, 45 транспортных РНК (тРНК), около 100 липопротеинов.

Особенность генома M. tuberculosis complex — большое число повторяющихся последовательностей ДНК. Так, в хромосоме M. tuberculosis Н37Rv насчитывают до 56 копий IS-элементов, которые обеспечивают ДНК-полиморфизм микобактерий туберкулёза (эту особенность используют в ПЦР-диагностике). Большинство из них, за исключением элемента IS6110, неизменны. В составе хромосомы различных штаммов микобактерий туберкулёза, как правило, присутствует от 5 до 20 копий IS6110, однако встречаются штаммы, не имеющие данного элемента. Различия в количестве копий и локализации на хромосоме этих генетических элементов используют для дифференциации штаммов микобактерий туберкулёза в молекулярной эпидемиологии. Наиболее совершённые схемы генотипирования микобактерий основаны на выявлении геномного полиморфизма, обусловленного элементом IS6110. Характерно, что дивергенция вида M. tuberculosis происходит, как правило, за счёт рекомбинаций между копиями элемента IS6110, которые фланкируют различные гены.

Фактически с самого начала применения антибиотикотерапии возник феномен лекарственной устойчивости. Феномен потому, что микобактерия не имеет плазмид, а популяционная устойчивость микроорганизмов к антибактериальным препаратам традиционно описывалась в микробной клетке наличием R-плазмид (от англ. resistance — устойчивость). Однако, несмотря на этот факт, отмечалось появление или исчезновение лекарственной устойчивости у одного штамма МБТ. В итоге выяснилось, что за активацию или дезактивацию генов, отвечающих за резистентность, ответственны IS-последовательности.

В употребление вошёл термин «мутации МБТ». Он означает выявленную генетическими методами (ДНК-зонды и ПЦР-РВ) устойчивость к антибактериальным препаратам, однако следует понимать, что здесь мы имеем дело с «псевдомутациями», обусловленными временным внедрением IS-последовательности в определённый участок гена.

Особое место занимает генетическое семейство Beijing (Пекин), впервые выявленное в гистологических препаратах лёгочной ткани в 1956—1990 гг. от больных предместья китайской столицы. В этой группе частота множественной лекарственной устойчивости значительно выше, чем среди представителей других семейств. На сегодняшний день штаммы этого семейства обнаружены в государствах Азии, Южной Африки, странах Карибского бассейна, США. Распространение данного генотипа на различных территориях определяется этническими характеристиками коренного населения и мигрантов. Недавно получены данные о распространении штаммов генотипа S1/Beijing на северо-западе европейской части России (Санкт-Петербург), некоторых регионах Сибири, а также на территории Дальневосточного федерального округа.

Молекулярный патогенез: взаимодействие микобактерий с клеткой [ править | править код ]

Микобактерии туберкулёза относят к внутриклеточной инфекции, с чем связывают их высокую способность к персистенции. Первично инфицируют макрофаги хозяина, развивая особые стратегии выживания и размножения в этих высокоспециализированных клетках. Используя способность макрофагов образовывать специализированные органеллы — фагосомы, микобактерии приспособили эти органеллы для своей жизнедеятельности, при этом получая несомненные преимущества, необходимые для избегания действия защитных «хозяйских» механизмов, таких как антитела и система комплемента.

При помощи маннозного рецептора, а также рецепторов системы комплемента (CR1, CR3 и CR4) микобактерии связываются с мембраной макрофага и фагоцитируются внутрь клетки. Внутри фагосомы микобактерии производят её ремоделинг таким образом, что нарушают процесс её созревания и дальнейшее слияние с лизосомой для образования фаголизосомы.

Микобактериальная фагосома [ править | править код ]

В отличие от нормальной фагосомы, микобактериальная имеет значительные различия в составе мембран и их внутреннего содержимого. Микобактерии задерживают созревание фагосомы на ранней стадии, не позволяя ей в дальнейшем слиться с лизосомой для образования фаголизосомы, в которой происходит лизис клеток микроорганизмов. Поэтому эта фагосома имеет маркеры раннего этапа созревания (англ. early endosome ), такие как rab5, coronin-1, кроме того, существует активное взаимодействие между ранними эндосомами и микобактериальной фагосомой, что обеспечивает микобактерии питательными веществами.

Жизнестойкость [ править | править код ]

МБТ очень устойчива в окружающей среде. Так, при температуре 23 °C во влажном и тёмном месте она сохраняется до 7 лет. В тёмном и сухом месте (при высыхании мокроты больного или в пыли) МБТ сохраняется до 10—12 месяцев, в уличной пыли (то есть в сухом и светлом месте) палочка Коха сохраняется до 2 месяцев, на страницах книг — до 3 месяцев, в воде — до 5 месяцев. В почве МБТ сохраняется до 6 месяцев, в сыром молоке — до 2 недель, в масле и сыре — до года.

На сегодняшний день считают, что микобактерии туберкулёза, находящиеся в мокроте, остаются жизнеспособными при открытом кипячении последней в пределах 5 мин. Микобактерии чувствительны к средствам, содержащим хлор (хлорная известь, хлорамин и др.) и третичные амины, а также к перекиси водорода.

Культивация [ править | править код ]

В качестве стандартной среды для культивирования микобактерий туберкулёза ВОЗ рекомендована плотная яичная среда Левенштейна — Йенсена. В России и некоторых других странах широкое распространение получила рекомендованная в качестве второй стандартной яичная среда Финна-II с несколько более высоким процентом выделения микобактерий [4] [5] . Для повышения вероятности роста микобактерий в настоящее время рекомендуется засеивание патологического материала на 2—3 среды одновременно.

Под микроскопом возбудитель туберкулеза представляется тонкой, слегка изогнутой палочкой длиной от 2 до 4 а, которая при окраске по способу Циль-Нильсена представляется сплошной, равномерно окрашенной фуксином в красный цвет; часто в палочке можно различить отдельные зерна, единичные или множественные. Такие зернистые формы наблюдаются и в патологическом материале от больных, и в культурах, особенно после воздействия на палочку различных химических веществ.

Так, например, если туберкулезная палочка обрабатывалась эфиром или трихлорэтиленом, растворяющим жировоск, то она постепенно начинала распадаться на зерна, что и дало повод Бергелю (Bergel) туберкулезную палочку представить в виде сложного образования, схематическое изображение которого дано на рисунке.

Схема строения туберкулезной палочки (по Бергелю)

I — последовательные слои снаружи внутрь: а — общая жировосковая оболочка; б — слой липоидов с отдельными зернами; в — зерна, покрытые жировосковой оболочкой, под которой находится оболочка из нейтрального жира (г), красящаяся по Граму (зерна Муха); д — протоплазма, белковая субстанция. II — схема строения туберкулезной палочки в разрезе. III — постепенное растворение туберкулезной палочки.

Как видно из этой схемы, Бергель представляет палочку покрытой снаружи сплошным чехлом жировосковой оболочки, под которой обнаруживаются отдельные зернышки, тоже одетые жировосковой оболочкой и в свою очередь окрашивающиеся по Циль-Нильсену в красный цвет.

Зерна связаны между собой жироподобным веществом (смесью жирных кислот, липоидами), которое окрашивается в светло-розовый цвет и растворяется спиртом.

При дальнейшем воздействии трихлорэтилена жиро-воск зерен также растворяется и тогда обнаруживается как бы внутренняя оболочка этих зерен, состоящая уже из нейтрального жира, не красящаяся фуксином по Циль-Нильсену, но хорошо окрашивающаяся по способу Грама-Муха в темнофиолетовый цвет.

Последнее образование аналогично зернам Муха (Much), которые Бергель считает лишенными восковой оболочки некислотоупорными сегментами туберкулезной палочки. Наконец, при растворении последней оболочки обнаруживается уже белковая субстанция, не красящаяся ни по Цилю, ни по Граму, а только дополнительно красящаяся синькой.

Таким образом, по представлению Бергеля, особая устойчивость туберкулезной палочки зависит от целой системы защитных оболочек разнообразного физико-химического состава: жировоск, липоиды, нейтральный жир.

Вместе с тем необычайную жизнеспособность сообщает палочке множественность ее жизненных центров, сегментов, каждый из которых может быть источником последующей генерации зрелых форм. Однако такое схематическое представление подверглось значительным изменениям.

Так, в свете новейших данных, частично отраженных в монографии А. Е. Рабухина (1948), при изучении туберкулезных палочек электронным микроскопом, дающим увеличение в 25 000 — 50 000 раз, удалось установить, с одной стороны, значительные колебания в ее длине (от 0,8 до 5,5 р.) и толщине (от 0,2 до 0,6 р.), а с другой — подробнее изучить ее строение.

Оказалось, что в цитоплазме туберкулезной палочки содержится различное количество зерен (крупных — от 1 до 15 и множество мелких), а также различные количества вакуолей. Наружная оболочка туберкулезной палочки, вопреки прежним представлениям, оказывается весьма тонкой (0,03 р.).

При исследовании палочек с помощью флюоресцентного микроскопа ее зернистые образования представляются в виде блестящих точек, выделяющихся на фоне светящейся компактной массы микроба.

Кроме того, выясняется, что специфическая окраска палочек зависит не от оболочки, а от особенностей всего микробного тела, целиком пропитанного миколевой (восковой) кислотой, определяющей основные свойства и окрашиваемость туберкулезной палочки (Н. Ф. Гамалея).

«Костно-суставной туберкулез», П.Г.Корнев

Возбудитель туберкулеза открыт в 1882 году Робертом Кохом. Представляет собой тонкие палочки, Гр(+), спол и капсул не образует, не подвижен. В составе клеточной стенки имеется до 40-50% восков, липидов, стеаринов, жирных кислот. Необычное строение клеточной стенки определяет ряд биологических особенностей-

Устойчивость к кислотам и щелочам

Устойчивость к действию анилиновых красителей

Устойчивость к высушиванию и УФ(гидрофобность)

Устойчивость к обычным концентрациям дез. Веществ.

С содержанием этих компонентов клеточной стенки связаны патогенные и токсические свойства микобактерий.

Различают 4 вида возбудителя –

Микобактериум туберкулезис. Встречается у человека в 93-95% случаев. Европейская статистика.

Микобактериум бовис(бычий вариант) – 3-6% случаев заболеваемости(кишечная форма)

Авиум(птичий) – не актуальны в патологии человека

Африкус – не актуальны в патологии человека

В антигеном плане все эти виды однородны, поэтому все биологические свойства рассматриваем на примере микобакетриум туберкулезис.

Резистентность. Сохраняется в проточной воде более года, в почве до 6 месяцев, в мокроте до 2х месяцев, в желудочном соке до 6 часов. Погибают при температуре 100-120 градусов и при воздействии повышенных концентраций дез. Веществ.

Эпидемиология. Заболевание можно назвать антропонозным, если не учитывать бычий вариант. Возбудитель живет в организме человека. Источник заболевания – человек. Заражение происзодит чаще всего аэрогенным механизмом. Воздушно-капельный, воздушно-пылевой. Возбудитель аэроб и наиболее частая локализация – верхушка легких – наиболее аэрогенный участок. Помимо этого существует алиментарный(фекально-оральный) механизм, взывает кишечную форму и гематогенную.

Иммунитет при туберкулезе. 3 основных классификационных особенности

Врожденный видовой(рецепторов к организму человека нет. Человек болеть не должен. Это связано с химическим строением микроорганизма.)

Нестреильный(инфекционный-иммунитет только пока есть возбудитель)

Для возникновения заболевания необходимы условия

Длительный контакт с источником(носителем)

Временное снижение резистентности организма человека

Локализация – туберкулез может поражать любые органы и ткани – туберкулез легких, туберкулезное поражение печени, туберкулезный плеврит, туберкулез кишечника, туберкулез костей и суставов, почек, моче-половых органов, кожи и подкожной клетчатки, серозных оболочек. Практически все органы могут поражаться. Рецепторов как таковых нет, где есть, там и возникает.

В место локализации возбудителя при наличии ГЗД(гиперчуствительность замедленного типа) происходит миграция клеток лимфоидно-макрофагальной системы(лимфоциты, киллеры, эффекторы, макрофаги, фагоциты)

Они образуют вокруг этого участка клеточно-лейкоцитарный вал(инфильтрат), который способствует ограничению распространения возбудителя и дальнейшей его инактивации. Этот вал образуется для уничтожения возбудителя. Имунокомпетентные клетки выделяют группу цитотоксических факторов, запускают механизм воспаления(БАВ) и затем все инактивированные остатки клеток фагоцитируются и выводятся из организма. Это происходит в 80% благоприятных исходах течения этого заболевания. При неблагоприятном течении процесса – комплекс цитотоксинов, факторов воспаления, и токсических продуктов метаболизма самих бактерий и токсических компонентов клеточной стенки, вызывает некроз в толще инфильтрата.(козиоидный некроз). Протекает как злокачественная опухоль(повреждаются мелкие сосуды, крупные сосуды. Человек умирает от кровотечения).

Эпидемиология. Лица находящиеся в местах лишения свободы. Там в 50 раз заболеваемость выше.