15.4: Асептичні методи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3925

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть фактори вірулентності, унікальні для грибків і паразитів
Порівняйте фактори вірулентності грибків і бактерій
Поясніть різницю найпростіших паразитів від гельмінтів
Опишіть, як гельмінти ухиляються від імунної системи господаря

Хоча гриби та паразити є важливими збудниками, що викликають інфекційні захворювання, їх патогенні механізми та фактори вірулентності не так добре характеризуються, як бактерії. Незважаючи на відносну відсутність детальних механізмів, етапи патогенезу і загальні механізми вірулентності, що беруть участь у виробленні захворювань цими збудниками, аналогічні етапам бактерій.

Грибкова вірулентність

Патогенні гриби можуть виробляти фактори вірулентності, подібні до факторів бактеріальної вірулентності, про які йшлося раніше в цьому розділі. У цьому розділі ми розглянемо фактори вірулентності, пов'язані з видами Candida, Cryptococcus, Claviceps та Aspergillus.

Candida albicans є умовно-патогенним грибковим збудником і збудником молочниці порожнини рота, вагінальних дріжджових інфекцій та шкірного кандидозу. Кандида виробляє адгезини (поверхневі глікопротеїни), які зв'язуються з фосфоліпідами епітеліальних і ендотеліальних клітин. Для сприяння поширенню та інвазії тканин Candida виробляє протеази та фосфоліпази (тобто екзоферменти). Одна з цих протеаз деградує кератин, структурний білок, виявлений на епітеліальних клітині, підвищуючи здатність грибка вторгатися в тканини господаря. У дослідженнях на тварині було показано, що додавання інгібітора протеази призвело до загасання інфекції Candida. ¹ Аналогічно фосфоліпази можуть впливати на цілісність мембран клітин господаря, щоб полегшити інвазію.

Основним фактором вірулентності для Cryptococcus, грибка, що викликає пневмонію та менінгіт, є вироблення капсул. Полісахарид глюкуроноксиломаннан є основною складовою капсули Cryptococcus. Подібно до інкапсульованих бактеріальних клітин, інкапсульовані клітини Cryptococcus більш стійкі до фагоцитозу, ніж некапсульовані Cryptococcus, які ефективно фагоцитозуються і, отже, менш вірулентні.

Як і деякі бактерії, багато грибів виробляють екзотоксини. Грибкові токсини називаються мікотоксинами. Claviceps purpurea, гриб, який росте на житі та спорідненому зерні, виробляє мікотоксин, який називається токсином ріжків, алкалоїд, відповідальний за захворювання, відоме як ерготизм. Розрізняють дві форми ерготизму: гангренозний і судомний. При гангренозному ерготизмі токсин ріжків викликає звуження судин, що призводить до неправильного припливу крові до кінцівок, що в кінцевому підсумку призводить до гангрени. Знаменитий спалах гангренозного ерготизму стався у Східній Європі протягом 5 століття нашої ери через споживання жита, забрудненого C. purpurea. При судомному ерготизмі токсин націлений на центральну нервову систему, викликаючи манію і галюцинації.

Мікотоксин афлатоксин - це фактор вірулентності, що виробляється грибком Aspergillus, умовно-патогенним збудником, який може потрапити в організм через забруднену їжу або при вдиханні. Вдихання грибка може призвести до хронічного захворювання легень аспергільоз, що характеризується лихоманкою, кров'янистою мокротою та/або астмою. Афлатоксин діє на господаря як мутаген (речовина, яка викликає мутації в ДНК), так і канцероген (речовина, що бере участь у викликанні раку), і був пов'язаний з розвитком раку печінки. Також було показано, що афлатоксин перетинає кров'яно-плацентарний бар'єр. ² Другий мікотоксин, що виробляється Aspergillus, - гліотоксин. Цей токсин сприяє вірулентності, спонукаючи клітини господаря до самознищення та ухиляючись від імунної відповіді господаря, пригнічуючи функцію фагоцитарних клітин, а також прозапальну відповідь. Як і Candida, Aspergillus також виробляє кілька протеаз. Одним з них є еластаза, яка розщеплює білок еластин, що знаходиться в сполучній тканині легені, що призводить до розвитку захворювання легенів. Інший - каталаза, фермент, який захищає грибок від перекису водню, що виробляється імунною системою для знищення хвороботворних мікроорганізмів.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Перерахуйте фактори вірулентності, загальні для бактерій і грибів.
Які функції виконують мікотоксини, щоб допомогти грибкам вижити у господаря?

Найпростіша вірулентність

Найпростішими збудниками є одноклітинні еукаріотичні паразити, які мають фактори вірулентності і патогенні механізми, аналогічні прокаріотичним і вірусним збудникам, включаючи адгезини, токсини, антигенну варіацію, здатність виживати всередині фагоцитарних бульбашок.

Найпростіші часто мають унікальні особливості кріплення до клітин господаря. Найпростіші лямблії лямблій, що викликає захворювання кишечника лямбліоз, використовує великий адгезивний диск, що складається з мікротрубочок, для приєднання до слизової оболонки кишечника. Під час адгезії джгутики G. lamblia рухаються таким чином, що витягує рідину з-під диска, в результаті чого утворюється область нижчого тиску, що полегшує адгезію з епітеліальними клітинами. Лямблії не вторгаються в клітини кишечника, а швидше викликають запалення (можливо, через вивільнення цитопатичних речовин, які спричиняють пошкодження клітин) і скорочує ворсинки кишечника, гальмуючи всмоктування поживних речовин.

Деякі найпростіші здатні до антигенної варіації. Облігатний внутрішньоклітинний збудник Plasmodium falciparum (один із збудників малярії) знаходиться всередині еритроцитів, де він виробляє адгезиновий мембранний білок, відомий як PFemP1. Цей білок виражається на поверхні інфікованих еритроцитів, змушуючи клітини крові прилипати один до одного і до стінок судин. Цей процес перешкоджає кровотоку, іноді призводить до недостатності органів, анемії, жовтяниці (пожовтіння шкіри і склер очей через накопичення білірубіну з лізованих еритроцитів), а згодом і смерті. Хоча pFemP1 може бути розпізнаний імунною системою господаря, антигенні зміни структури білка з часом перешкоджають його легко розпізнаванню та усуненню. Це дозволяє малярії зберігатися як хронічна інфекція у багатьох людей.

Фактори вірулентності Trypanosoma brucei, збудника африканської сонної хвороби, включають здатність утворювати капсули і піддаватися антигенним варіаціям. T. brucei ухиляється від фагоцитозу, виробляючи щільну глікопротеїнову оболонку, яка нагадує бактеріальну капсулу. З часом виробляються антитіла господаря, які розпізнають цю шерсть, але T. brucei здатний змінювати структуру глікопротеїну, щоб ухилитися від розпізнавання.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Поясніть, як антигенна варіація найпростіших збудників допомагає їм вижити у господаря.

Вірулентність гельмінтів

Гельмінти, або паразитичні черв'яки, є багатоклітинними еукаріотичними паразитами, які сильно залежать від факторів вірулентності, що дозволяють їм отримати потрапляння в тканини господаря. Наприклад, водна личинкова форма Schistosoma mansoni, яка викликає шистосомоз, проникає в неушкоджену шкіру за допомогою протеаз, що руйнують шкірні білки, включаючи еластин.

Щоб вижити всередині господаря досить довго, щоб увічнити їх часто складні життєві цикли, гельмінти повинні ухилятися від імунної системи. Деякі гельмінти настільки великі, що імунна система проти них неефективна. Інші, такі як дорослі круглі черв'яки (які викликають трихінельоз, аскаридоз та інші захворювання), захищені жорсткою зовнішньою кутикулою.

Протягом їхніх життєвих циклів поверхневі характеристики паразитів змінюються, що може допомогти запобігти ефективній імунній відповіді. Деякі гельмінти експресують полісахариди, звані гліканами на їх зовнішній поверхні; оскільки ці глікани нагадують молекули, що виробляються клітинами-господарями, імунна система не розпізнає і атакує гельмінта як чужорідне тіло. Ця «гліканова хитрість», як її ще називали, служить захисним плащем, який дозволяє гельмінту уникнути виявлення імунною системою. ³

Крім ухилення від захисних сил господаря, гельмінти можуть активно пригнічувати імунну систему. S. mansoni, наприклад, розкладає антитіла господаря протеазами. Гельмінти виробляють багато інших речовин, які пригнічують елементи як вроджених неспецифічних, так і адаптивних специфічних захисних сил господаря. Вони також виділяють велику кількість матеріалу в господаря, який може локально перевантажити імунну систему або змусити її реагувати неналежним чином.

Вправа\(\PageIndex{3}\)

Опишіть, як гельмінти уникають знищення імунною системою господаря.

Ключові поняття та резюме

Грибкові та паразитарні збудники використовують патогенні механізми і фактори вірулентності, схожі з бактеріальними збудниками.
Гриби ініціюють інфекції через взаємодію адгезинів з рецепторами на клітинах-господарях. Деякі гриби виробляють токсини і екзоферменти, що беруть участь у виробництві хвороб, і капсули, що забезпечують захист від фагоцитозу.
Найпростіші прилипають до клітин-мішеней за допомогою складних механізмів і можуть викликати пошкодження клітин через вивільнення цитопатичних речовин. Деякі найпростіші уникнути імунної системи через антигенні варіації і виробництва капсул.
Гельмінтні глисти здатні уникнути імунної системи, покриваючи їх екстер'єри молекулами глікану, які роблять їх схожими на клітини господаря або пригнічуючи імунну систему.

Виноски

1 К. Фаллон та ін. «Роль аспарагічних протеаз у дисемінованій інфекції Candida albicans у мишей». Інфекція та імунітет 65 № 2 (1997) :551—556.
2 C.P. Wild та ін. «Внутрішньоутробний вплив афлатоксину в Західній Африці». Ланцет 337 № 8757 (1991) :1602.
3 І. ван Ді, Р.Д. Каммінгс. «Glycan Gimmickry від паразитарних гельмінтів: стратегія модуляції імунної відповіді господаря?» Глікобіологія 20 № 1 (2010) :2—12.