Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 479
Текст из файла (страница 479)
Жар — это тоже защитная реакция, поскольку повышение температуры тела может иигибировать пролиферацию некоторых микроорганизмов. В крайних случаях самые серьезные и разрушительные последствия инфекционного заболевания непосредственно обусловлеиы слишком сильвой иммунной реакцией: примером служит масштабное разрушение тканей, наблюдаемое в случаях лейшмаииоза (иифекция, вызываемая патогеиами-эукариотами из рода Ее(гЬтал|а). Таким образом, для понимания биологии инфекционной болезни требуется оценка вклада в развитие недомогания и со стороны патогеиа, и со стороны хозяина.
24.1. Знакомство с патогеиами 2281 Некоторые другие возбудители являются эукариотическими организмами. Их многообразие простирается от одноклеточных грибов и простейших (рис. 24.3, в) до крупных и сложных многоклеточных, таких как паразитические черви. Одно из самых распространенных инфекционных заболеваний на планете, охватившее к настоящему времени около миллиарда людей, — инвазия кишечника нематодой Азсалз !итЬпсо!г(ек По своему строению аскарида имеет много общего со своим родственником СаепогЬаЬй!и е!едал, который широко используется в качестве модельного организма для исследований в области генетики и биологии развития (мы говорили об этом в главе 22). Однако С.
е!едапз имеет длину лишь около 1 мм, тогда как Азсаг!з может достигать 30 см в длину (рис. 24.3, г). Некоторые редкие нейродегенеративные заболевания, такие как губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота, обусловлены инфекционной частицей необычного типа — так называемым прионом, который состоит исключительно из белка. Хотя у приона нет никакого генома, он тем не менее способен размножаться и убивать хозяина.
Даже в пределах того или иного класса патогенов имеет место поразительное разнообразие форм. Вирусы чрезвычайно различаются по размерам, форме и содержанию (ДНК- или РНК-вирусы, с оболочкой или без и так далее), и то же самое верно для всех остальных патогенов. Способность вызывать болезнь — это эволюционная ниша, а не наследие, общее лишь для близких родственников. Каждый отдельно взятый патоген вызывает болезнь индивидуальным образом, и один и тот же патоген может стать причиной различных заболеваний у разных хозяев, что значительно затрудняет задачу понимания биологических основ заражения. Однако при рассмотрении взаимодействий возбудителей со своими хозяевами все же начинают прослеживаться некоторые общие черты патогенеза, которым преимущественно и будет посвящена эта глава.
Теперь мы познакомим читателя с основными особенностями патогенов всех основных типов, после чего разберем механизмы, которые патогены используют для управления своими хозяевами, и реакции врожденного иммунитета, которые хозяин использует для управления патогенами. 24.1.4. У бактериальных патогенов есть специализированные гены вирулентности Бактерии малы и на вид устроены довольно просто, Большинство из них может быть довольно грубо классифицировано по форме — как палочковидные, шарообразные и спиральные (рис. 24.4, а) — и по так называемым свойствам окрашивания по Грану (рис. 24.4, б и в). Сравнительно небольшой размер бактерий и нехитрый диапазон их форм, казалось бы, противоречит их чрезвычайному разнообразию в молекулярном, метаболическом и экологическом отношениях.
На молекулярном уровне бактерии намного разнообразнее эукариот и могут успешно занимать экологические ниши с экстремальными значениями температуры, концентрации солей и содержания питательных веществ, которые отпугнули бы и самого неустрашимого эукариота. Хотя бактерии не отличаются богатым морфологическим разнообразием, присущим клеткам эукариот, они являют нам удивительное множество поверхностных структур, которые позволяют им плавать или прикрепляться к желаемым поверхностям (рис.
24.4, г). Как и сами бактерии, их геномы малы и обычно находятся в размерном диапазоне от 1 000 000 до 5 000 000 п. н. (по сравнению с 12 000 000 у дрожжей и более 3 000 000 000 у человека). 24М."Знакогг)тя!) Сйатогенав)гг: 2283 хромосоме плезмидв вирулентности, содержвщвя гены вирулентности островки патогенности, содержащие гены вирулентности Рис.
24.5. Генетические различия между патогенными и непвтогенными бактериями. у непзтогенной Е. сод одна кольцевая хромосома. Е. соб состоит в очень близком родстве с пищевыми пзтогензми двух видов; 5тдело Ггехпеп', которая вызывает дизентерию, и 5о!люле))а ептелсо, которая обычно бывает причиной пищевых отравлений. Если бы эти три организма классифицировали нз основании данных молекулярной биологии, то избы отнесли к одному роду, з может быть, даже и к одному виду. Хромосома 5 Яехпег! отличается от таковой Е, сов лишь в нескольких покусах; большинство генов, необходимых для пзтогенезз (гены вирулентности), находятся нз внехромосомной плвзмиде. Хромосома 5. елтег)со несет две большие вставки !островки патогенности), не обнаруженные в хромосоме Е.
со)с в каждой из этих вставок содержится большое число генов вирулентности. бактерии в обычных условиях безвредны, но таят в себе способность возбуждать болезнь у ослабленного ранением или обладающего ослабленным иммунитетом хо зяина; их называют условными патогенами. Как мы смогли понять из прочитанного выше, возбудит ли данная бактерия болезнь в организме данного хозяина или нет, зависит от целого ряда различных факторов, среди которых — общее состояние здоровья хозяина; к примеру, у людей, больных СПИДом, серьезные инфекции могут быть вызваны многими представителями нормальной микрофлоры. Если одни бактериальные патогсчгы проявляют крайнюю разборчивость при выборе хозяина и заражают только один вид или же группу родственных видов, то другие — универсалы. Например, Яг)деПа 1)ехпег1, которая вызывает зпиде мическую дизентерию (геморрагический понос) в тех областях земного шара, где недостает чистой воды, заражает только человека и прочих приматов.
А близко родственная ей бактерия 5а)топеПа еп1еНса, которая обычно бывает причиной пищевого отравления у людей, напротив, может заразить также и многих других позвоночных животных, в том числе кур и черепах. Чемпион среди универсалов условный патоген Ргеиаготопаг аегид(поз!!, который способен возбуждать заболевания не только у животных, но даже у растений. Существенные различия между вирулентной болезнетворной бактерией и ее ближайгпим непатогенным родственником обусловлены сравнительно неболыпим числом генов. Гены, которые вносят вклад в способность организма возбуждать за болевание, называют генами вирулентности, а кодируемые ими белки — факторами вирулентности.
Часто гены вирулентности группируются в ктастеры — или в группы на бактериальной хромосоме, называемые островками патогенности, или во внехромосомныс плазмиды вирдлентности (рис. 22!.2). Кроме этого, такие гены могут также переноситься мобильными бактериофагами (вирусами бактерий). Поэтому кажется вполне очевидным, что новый патоген может появиться на свет, если груп пы генов вирулентности будут совместно перенесены в изначально невирулентную бактерию. По мере увеличения числа полностью секвенированных геномов болезнетворных и неболезнетворных бактерий становится ясно, что эволюции бактерий во многом способствовали приобретение протяженных фрагментов ДНК и другие макроскопические хромосомные изменения, позволившие бактериям не только ог)С ! хромосома 1 хромосома 2 КЧР! интегрон йР Асе Сггя ) 2Ш Сага й82 коровая йв1 область ЧР)1 путь 01 НР!2 'Ф';"',"","::",,'!' Ч сЬЯегае серо!руины О1 ОТХ4 — лг ОТХ4 ~ — ЧЗР1 к з ткг ЧЗР2 СТХе Ч спшегае:„,,,..
Ч. ело!агав Фрагмент ЧР)2 длиной 37 тыс. и. н. антиген 0139 ЗХТ ЧР!2 М спогегае гчф'::!"'.,Т,'",',",.я!';Ч серогруппы 0139 е) Рис. 24 б. Генетическая органиэация ИЬИо с)ю)епге. Электронная микрография Чгбпо с)ю)егае (Ч с)гогегае) представлена на рис. 24.3, б. а) Эта бактерия необычна наличием не одной, а двух кольцевых хромосом. Обе хромосомы имеют свои собственные точки начала репликации гопС! и опС ). У патогенных штаммов М с)ю)егае есть три покуса, которые отсутствуют у непатогенных штаммов, скорее всего, они были приобретены относительно недавно.
Локус СТХф на хромосоме 1 — это встроенный геном бактериофага, который содержит гены, кодируюгцие холерный токсин. Островок патогенности ЧР! на хромосоме 1 24Л. Знакомство с патогенамн 2285 возбуждать заболевания, но и заселять новые экологические и пищевые ниши. Даже в пределах одного вида бактерий количество хромосомных вариаций поражает; разные штаммы Е. сой могут отличаться своими геномами вплоть до 25 Приобретение генов и групп генов может способствовать быстрому эволюционированию патогенов и обращать неболезнетворные по своей природе организмы в патогены. Рассмотрим, к примеру, )гт(зг(о с/го(егае — грамотрицательную бактерию, которая вызывает эпидемическую острую кишечную инфекцию холеру. Гены, кодирующие две субъединицы токсина, который вызывает диарею, переносятся мобильным бактериофагом (рис. 24.6, а и б).
Из сотен штаммов )7(Ьгго сгго(егае, в диком виде встречающихся в озерах, те немногие, что вызывают болезнь человека в пандемическом масштабе, в свою очередь, заражены этим вирусом бактерий. Как видно из рис. 24.6, в, начиная с 1817 г. по земле прокатилось восемь пандемий )г. сйо)егае. Причиной первых шести были возникшие в результате периодических перерождений возбудителя, но весьма схожие между собой штаммы возбудителя, названные классическими штаммами. Помимо токсинов, кодируемых бактериофагом и островками патогенности, классические штаммы объединяет между собой наличие однотипного первичного углеводного поверхностного антигена, названного О1-антиген, который является частью липополисахарида, образующего внешний слой наружной мембраны (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
