Бесплатный фрагмент - Микробиология с основами иммунологии

Алекс Шел ©

Микробиология с основами иммунологии

(лекции и дополнительные материалы

для студентов медицинских колледжей)

Сборник составлен в дополнение к основным учебным материалам, чтобы в доступной форме познакомить студентов медицинских колледжей с основами микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. Также может быть интересен старшеклассникам школ с медико-биологическим уклоном, студентам и преподавателям медицинских и биологических колледжей и ВУЗов, и всем интересующимся вопросами микробиологии, инфекционной патологии и иммунитета

Не является (пока) учебным пособием

Автор приветствует использование материалов и фрагментов данного издания в учебных и просветительских целях при условии ссылки на источник

Электронная версия издания распространяется бесплатно (книжная площадка может брать небольшую комиссию). Но в настоящее время автор продолжает работу над окончательной версией, а также над полноценным учебником для студентов медицинских колледжей — и если вы хотите помочь материально, то можете сделать это, нажав «купить за свою цену» на странице книги в Ридеро. Во избежание возможных мошеннических действий не доверяйте сообщениям с просьбами о переводе на карту — автор НЕ проводит сбор средств подобным способом!

Также вы можете поучаствовать в создании и продвижении книги, оставив свой отзыв на неё или комментируя публикации в Телеграм- и Дзен-канале автора (критика приветствуется!), или поделившись ими в своих соцсетях. Ссылки на каналы вы найдёте в конце этой книги: см. «Оглавление/Связаться с автором»

Поможем студентам-медикам учиться с интересом!

С чего (или кого) всё началось — лекция 1. Введение. Классификация микроорганизмов

Введение в микробиологию, вероятно, стоит начать с определения этого термина.

В дословном переводе с греческого «микробиология» — это «учение о маленькой жизни». Т.е. о тех мельчайших представителях микромира, которые видны (за редкими исключениями) только при помощи микроскопа — микроорганизмах.

Получается, прежде чем говорить о микробиологии, нужно уяснить, что такое микроорганизмы или попросту микробы (хотя последнее, конечно, разговорное выражение).

И здесь всё не так просто. Даже с самого начала вызывает сомнение сама формулировка вопроса: «что такое микроорганизмы». Может быть, правильнее сказать: «кто такие?» То есть встаёт принципиальный вопрос — являются ли микроорганизмы живыми (на что вроде бы намекает само слово «организмы») или всё же нет?

Что мы вообще знаем о мире микробов? Чаще всего на вопрос: «какие микроорганизмы вы знаете», — студенты называют вирусы и бактерии. И уже здесь мы сталкиваемся с нюансами и оговорками. Ведь вирус представляет собой просто цепочку нуклеиновой кислоты в оболочке из белковых молекул. Сам по себе он не в состоянии долго жить, и вообще не может размножаться. Для копирования генетической информации и сборки новых вирусных частиц ему нужна клетка живого организма: одноклеточного (например, бактерии — такие вирусы называют бактериофагами, «пожирателями бактерий») или многоклеточного — животного, человека или растения. То есть вирус — абсолютный паразит. Его можно сравнить с записанной на флеш-карту программой — пока не подключишь к «порту» -рецептору, и не запустишь на «компьютере» -клетке, биологическая программа вируса воспроизводиться не будет, и на другую «флешку» он себя не скопирует.

Так считать ли вирус в таком случае живым? А микроорганизмом? Англоязычная школа микробиологов однозначно даёт ответ — нет. Даже при чтении научно-популярной литературы на эту тему вы, скорее всего, столкнётесь с выражением «микробы и вирусы». То есть последних вроде бы имеют в виду при обсуждении, но всё же чётко выделяют в особую категорию.

В отечественной же микробиологии вирусы, вироиды и нуклеопротеины считают как бы «преджизнью», выделяя эти микроорганизмы в особое надцарство природы Vira («вира») — доклеточные формы жизни. Вироид здесь — это молекула вирусной ДНК или РНК без белковой оболочки (капсида). Изредка они тоже сохраняют инфекционные свойства. А нуклеопротеин — комплекс из нуклеиновой кислоты (ДНК/РНК) и поддерживающих её белков (протеинов), пока ещё не сформировавшие полноценный вирион. Вирионом же называют полный вирус — готовую к заражению вирусную частицу в составе белковой оболочки-капсида, рецепторов на её поверхности и генетического материала внутри (не путайте с бактерией рода вибрион, и с эмбрионом тоже не путайте).

Среди вирусов выделяют отдельную группу специализированных паразитов бактерий — это вирусы-бактериофаги.

Бактериофагов ряда бактерий научились размножать в искусственных условиях и использовать затем в качестве препарата для лечения гнойно-воспалительных заболеваний и бактериальных инфекций. В отличие от антибиотиков, к ним у бактерий устойчивость разивается куда медленнее.

Бактерии — это уже клеточная форма жизни, способная к автономному самовоспроизводству. Однако бактерии никогда не объединяются в многоклеточные структуры, максимум они могут образовывать колонии. Ещё одним отличительным свойством бактерий является то, что у них нет выделенного ядра, поэтому они вместе с археями (архебактериями) составляют группу прокариот (прокариоты: от лат. «про» — перед, ранее, «карион» — ядро). Но подробнее об этом будет сказано в следующих разделах курса.

Поразмыслив, наряду с бактериями и вирусами, многие вспоминают таких представителей микроорганизмов как «грибки» (или попросту плесени). Это верно с одной оговоркой — микробиология занимается только теми грибами, которые имеют в основном микроскопические размеры. Именно грибами, поскольку это общий термин и для какого-нибудь опёнка или мухомора, и для пекарских дрожжей, и для аспергилла, покрывающего чёрным налётом стены и вещи в сырых помещениях, а заодно вызывающего у их обитателей аллергические реакции, и для кандиды — причины «молочницы».

Грибы, в отличие от бактерий, уже являются эукариотами — у них есть полноценное ядро, как в клетках растений и животных. К растениям долгое время грибы и относили, хотя на деле они формируют совершенно отдельное самостоятельное царство природы. И здесь это не эпитет, а научный термин: царство грибов будет называться «микота» или «фунги», смотря на какой язык вы переведёте слово «грибы» — латинский или греческий. В такие же царства объединены бактерии (название их царства Bacteria звучит сходно с русским вариантом), растения (царство «планте» или «флора») и животные (царство «анималия» или «зоа») с подцарством простейших («протозоа»).

Простейшие выделены в самостоятельную группу из большого царства животных (к которому относится и человек) на том основании, что, будучи полноценными эукариотами, они всё же не в состоянии слиться в многоклеточный организм. Их клетки живут, питаются, дышат, охотятся или паразитируют, демонстрируют сложное поведение, мигрируя к источнику пищу или скрываясь от опасности, но всегда остаются одиночками, как бактерии. Максимум, на что способны простейшие — объединяться в колонии по типу вольвокса. Но никакой специализации клетки в такой колонии не приобретают, оставаясь совершенно одинаковыми в отличие от гигантского разнообразия клеток и тканей в многоклеточных организмах. По этой же причине одноклеточности простейшие доступны для наблюдения и изучения только с использованием оптики.

Сами по себе водоросли, являющиеся частью царства растений, тоже интересуют микробиологов лишь отчасти. К тому же ещё совсем недавно считалось, что ни один вид водорослей не способен инфицировать человека, и потому они не представляют интереса для врачей и медицинских микробиологов.

Правда, в 1970-ые годы сначала у животных, а затем и у человека были описаны случаи прототекоза — инфекции кожи и центральной нервной системы, вызванные нефотосинтезирующими водорослями рода Prototheca («прототека»). Это ближайшие родственники одноклеточных водорослей хлорелла, однако, по своим свойствам в организме больше напоминают грибы. Ранее считалось, что прототекоз может поражать только особей с ослабленным иммунитетом (например, ВИЧ-инфицированных лиц), т.е. является оппортунистической инфекцией. Однако в последние годы выяснилось, что пусть редко, но болеть могут и люди с нормальным иммунитетом. Из-за своей редкости и необычного возбудителя прототекоз сложно диагностировать, но не запущенные случаи успешно лечатся.

Но и помимо этого у микробиологии богатая история взаимодействия с альгологией (наукой о водорослях, не путайте с алгологией — разделом медицины о лечении болевых ощущений). Например, микроорганизмы, вызывающие «цветение» водоёмов жарким летом, до сих пор называют сине-зелёными водорослями, хотя в действительности это бактерии (цианобактерии). Однако предполагается, что именно у них первыми на древней Земле появился процесс фотосинтеза. А уже позже водоросли и простейшие устроили с ними выгодный симбиоз, в результате которого (согласно одной из теорий) свободноживущие цианобактерии деградировали до хлоропластов, став органеллами в клетках своих более эволюционно-продвинутых соседей

Так же, как и поглощённые, но не переваренные предковой бактерией, археи развились внутри неё в митохондрии, положив начало аэробным — дышащим кислородом — микроорганизмам.

А ещё водоросли образуют симбиоз с грибами, который вам всем хорошо знаком и не раз встречался, например, на коре деревьев. Это лишайники. Организм очень интересный, но медицинскогозначения, в смысле патогенности для человека, не имеющий. Поэтому не нужно путать лишайник с лишаём. Последним обозначают грибковое поражения кожи и волос. Так, стригущий лишай — это микроспория или трихофития, т.е. заболевания, вызванные микроскопическими грибами рода микроспориум или трихофитон соответственно. Разноцветный (отрубевидный) лишай тоже результат поражения кожи грибом малассезией (Malassezia furfur).

Последняя, шестая, группа в классификации микроорганизмов — прионы. Она самая новая (большинство вызываемых заболеваний были описаны во 2-ой половине 20-го века, как инфекционный агент выделены в 1982 г.) и самая загадочная. Дело в том, что прионы вовсе не содержат нуклеиновой кислоты, то есть не несут генетического материала. Это просто особого рода белковые молекулы, предшественники которых в норме имеются в организме животных (недавно были открыты прионы у дрожжевых грибов и предполагается их наличие у некоторых растений). Однако под действием до конца не установленных факторов (предполагают наследственные, внешние, инфекционные причины или их сочетание) прионы начинают менять свою конформацию — способ укладки белковой молекулы в пространстве, — что приводит к поражению центральной нервной системы. У животных прионы доказано вызывают губчатую энцефалопатию (ГЭП) крупного («коровье бешенство») и мелкого рогатого скота («скрэпи» у овец). У людей — фатальную семейную бессонницу, болезнь «куру» (название происходит из языка племени острова Папуа — Новая Гвинея) и другие.

Конечно, прионы уже совсем нельзя назвать живыми. Однако пока ими тоже занимаются микробиологи. Благо прионные инфекции не слишком распространены.

Таким образом, микроорганизмы чрезвычайно разнообразны и многочисленны. Их даже сложно уложить в рамки одной классификации. Кроме того, они очень малы, поэтому изучать их можно только с помощью микроскопа. И далеко не всегда с помощью того оптического (светового) микроскопа, которым вы, вероятно, пользовались на уроках биологии в школе. Физический предел его способностей, определяемый длиной волны видимого света — 0,2 микрона. То есть кишечную палочку с диаметром клетки 0,4 микрона в нём видно, а вот вирусы, размеры которых измеряют уже в нанометрах (тысячная доля микрона) — нет. Кроме, разве что недавно открытых гигантских РНК-вирусов диаметром до 1,5 микронов, но это исключение. И ещё иногда получается подкрасить скопления вирусов специальными светящимися пигментами, что используют, например, в диагностике гриппа — однако такая хитрость работает, только если вируса в исследуемом материале достаточно много.

Для изучения вирусов и тонкой структуры других микроорганизмов, через исследуемый образец направляют, например, поток электронов, имеющих более короткую длину волны, чем свет. Поэтому такие микроскопы называются электронными. Они позволяют заглянуть уже не только в наномасштаб, но и «увидеть» структуры размером в несколько ангстрем — то есть даже отдельные молекулы и атомы. Но такие приборы очень сложны и дороги, поэтому их применяют в научных целях, а для повседневной практики, например, диагностики инфекций, ищут другие способы. Зачастую так гораздо проще и удобнее. Но вот чтобы подтвердить открытие новых вирусов или других мельчайших микроорганизмов, всё же нужно представить их электронные микрофотографии.

Так размеры и относительно простое устройство «микробов», которое природа комбинирует во множество разнообразных вариантов, сделали их реальными хозяевами нашего мира. Простота и неприхотливость позволяют им приспосабливаться к почти любым условиям среды. Именно по распространению микроорганизмов определяют границы биосферы Земли. И они гораздо шире освоенных любыми другими царствами природы.

Например, споры бактерий и грибов потоки воздуха заносят в атмосферу на 15—20 км, куда даже не все самолёты залетают. Но выше они пробраться не могут, т.к. без защиты находящегося на этой высоте озонового слоя жёсткий ультрафиолет стерилизует всё живое. В экспериментальных сверхглубоких скважинах микроорганизмов находили до глубины 3,5—4 км. Некоторые виды прекрасно чувствуют себя в термальных водах гейзеров и вулканов, имеющих почти температуру кипятка. Даже в туннелях под 4-ым энергоблоком Чернобыльской электростанции, где произошло разрушение ядерного реактора, обнаружили бактерии, выживающие в условиях жесточайшей радиации.

Долгое время считалось, что полноценные экосистемы в океане могут существовать только до той глубины, куда проникает свет, а значит, могут существовать фотосинтезирующие продуценты. Дальше идёт тёмная и холодная «мёртвая зона» с редкими обитателями, поглощающими то, что падает из верхних слоёв воды. Однако в середине 20-гг. века в центральных частях океанов, где проходят стыки литосферных плит, и постоянно поднимается магмы из недр планеты, открыли необычные образования, похожие на вулканы. Они выбрасывают разогретую до 300—400 градусов Цельсия воду, перенасыщенную минеральными солями и тяжёлыми металлами. Из-за колоссального давления на глубине нескольких тысяч метров она не кипит, и в свете прожекторов батискафов исходит со дна чёрными вертикальными потоками, получившими получившими за свой вид название «курильщиков».

Каково же было удивление учёных, когда они обнаружили, что в этом аду прекрасно чувствуют себя микроорганизмы, научившиеся в отсутствие света извлекать энергию из химических связей тех соединений, которые выбрасывали «курильщики». Они легли в основу пищевой пирамиды, и вокруг «курильщиков» сформировались настоящие оазисы жизни из моллюсков и рыб, никогда не видевших солнечного света.

Микроорганизмы, способные выживать и размножаться при очень высоких или очень низких показателях температуры, давления, в агрессивной химической среде или других крайне неблагоприятных условиях — называют экстремофильными. Их изучение помогает узнавать пределы приспособляемости жизни.

Учитывая всё вышеприведённое, можно сказать, что в отечественной микробиологии микроорганизмы — это искусственно выделенная разнородная группа объектов микромира (живых организмов и сложных органических макромолекул), объединенных микроскопическими размерами, относительной простотой устройства и повсеместным распространением в биосфере.

Микробиология изучает их строение (морфологию — от греч. «морфос», форма), функционирование (физиологию), происходящие в них биохимические процессы, размножение и передачу наследственного материала из поколения в поколение (генетику), условия обитания (экологию) и наконец изменение с течением времени (эволюцию).

Итак, микробиология — это наука, изучающая морфология, физиологию, биохимию, генетику, экологию и эволюцию микроорганизмов. Можно добавить, что это определение общей микробиологии (о частной скажем чуть ниже).

Однако сразу необходимо сказать, что почти никогда микробиология не исследует свой объект — микроорганизмов — как «самих по себе». Гораздо в большей степени её интересует их связь друг с другом и влияние на макромир (мир, который мы ощущаемнепосредственно с помощью органов чувств, в первую очередь — зрения). Особенно это важно для медицинской микробиологии, рассматривающей взаимодействие микроорганизмов, в т.ч. патогенных, с организмом человека.

Поэтому придётся нам ввести ещё одно определение, дополняющее и развивающее первое. Микробиология — это наука о микроорганизмах, изучающая закономерности их жизни и развития, а т.ж. изменения, вызываемые ими в организме людей, животных, растений и в неживой природе.

Для того, чтобы упорядочено заниматься изучением всего перечисленного, в микробиологии выделяют ряд разделов. Во-первых, микробиологи предпочитают глубоко заниматься только какой-то одной группой микробов, в крайнем случае — несколькими смежными. Поэтому среди них есть бактериологи, вирусологи, протозоологи. Микология — это наука о вообще всех грибах, но некоторые микологи предпочитают заниматься только микроскопическими их видами, например, дрожжами. Так же, как и некоторые альгологи (вы ведь ещё не забыли, что это учёные, занимающиеся водорослями?). И микробиологи с удовольствием принимают их в свою «компанию».

Кроме того, разделы микробиологии выделяют ещё и по прикладному их значению: по той области хозяйственной деятельности, конкретные задачи которой призвана решать микробиология или по тому объекту интересов человека, где требуется знание микробиологических аспектов. Это уже упомянутая медицинская микробиология, а т.ж. санитарная, ветеринарная, промышленная, почвенная, морская и даже космическая микробиология, изучающая вопросы возможного распространения микробов с естественными (кометы, метеориты) и искусственными (спутники, межпланетные станции) космическими телами, а т.ж. решающая проблемы микробного загрязнения на орбитальных станциях. Сюда же входит биотехнология — наука, разрабатывающая способы получения нужных человеку веществ при помощи живых организмов (чаще всего именно микроскопических).

Что касается частной микробиологии, то она занимается более узкими вопросами: изучением особенностей конкретных микроорганизмов. Потому в ней, как и в общей, выделяют частную бактериологию, частную вирусологию, частную микологию и т. д.

Хотя на самом деле классификации разрабатывают скорее для удобства и наглядности, и абсолютно всё в их рамки не уложить. Теми же прионами, из-за их необычности, микробиологи вынуждены заниматься совместно с биохимиками и другими учёными — первыми белковую природу этого патогена предположили вообще радиобиолог и биофизик. Впрочем, даже самые первые и самые «микробиологи из микробиологов» Луи Пастер (чьё имя сейчас носит французский институт микробиологии) и Роберт Кох (палочкой Коха долгое время называли возбудитель туберкулёза) внесли фундаментальный вклад в эту науку, микробиологами, в нынешнем понимании слова, не являясь! Первый был по образованию, как бы это сейчас сказали, «технологом пищевой промышленности», а второй, тоже в современных терминах — санитарным врачом. Это лишний раз доказывает условность всех классификаций и то, что крупные открытия всегда совершаются людьми широкого кругозора и — на стыке наук.

Например, микробиология чрезвычайно тесно связана со множеством наук и сфер деятельности человека: не только с фундаментальными химией и биологией, но также с генетикой, фармакологией, клинической медициной, химической и пищевой промышленностью, обеззараживанием сточных вод и даже производством материалов для электроники:

Однако наиболее тесно микробиология, особенно раздел медицинской микробиологии, связана с иммунологией. Настолько, что их попросту сложно рассматривать по отдельности друг от друга. Даже наш курс обучения называется «основы микробиологии и иммунологии». Поэтому нужно сказать несколько слов и о последней. Пока всего несколько, т.к. в дальнейшем ей будет посвящено отдельное занятие.

Иммунитет, изучением которого занимается иммунология как наука — это способ защиты организма от антигенов экзогенного (внешнего) и эндогенного (внутреннего) происхождения, направленный на поддержание и сохранение гомеостаза, структурной и функциональной целостности организма, биологической индивидуальности каждого организма и, как следствие, вида в целом.

Сейчас это определение кажется слишком сложным, но в процессе изучения курса вы разберётесь в терминах и поймёте, что иммунитет оберегает организм от опасностей внешних (микробы, инородные тела) и внутренних (опухолевые, отмершие и повреждённые клетки). Таким способом он поддерживает постоянство внутренней среды организма (гомеостаз), оберегает от повреждений его геном, что, в конечном счете, позволяет живому существу выжить и передать свои гены потомкам.

Также на практических занятиях и самостоятельно — из дополнительных материалов к данной лекции — вы узнаете, как устроена микробиологическая лаборатория, и какие они бывают, а также какие этапы развития прошла микробиология, прежде чем стать такой, как она описана выше.

Студентам я также советую не ограничивать себя одним только учебником или материалами этого сборника. Во-первых, наука не стоит на месте, и грамотные специалисты, а медики в особенности, знают — чтобы оставаться востребованным, нужно постоянно следить за новшествами в своей профессии. Время подготовки учебника обычно составляет 5—6 лет, а потому некоторые передовые вещи там просто не могут быть отражены.

А во-вторых, хотя учебники и дают основу знаний, но зачастую они не могут показать живых связей описываемой в них «сухой» науки с нашей каждодневной окружающей жизнью. Скажем, без микроскопических помощников-дрожжей у нас не было бы вкусного хлеба, а без плесени он бы не портился, зато мы не получили бы из неё первые антибиотики. А если бы Александр Македонский не умер в возрасте 32-х лет от инфекции (за давностью лет мы точно не знаем, какой именно, но по известным симптомам выбор лежит между брюшным тифом, малярией и лихорадкой Западного Нила), то вся история человечества могла пойти по совсем другому пути.

Для расширения кругозора (а вы ведь уже поняли, что это важно?) отлично подходят такие увлекательные вещи как художественные книги, фильмы, статьи из Интернета, и даже компьютерные игры — всё, что дарит вам не только знания, но и яркие впечатления. Заставляет ваш мозг работать иначе, смотреть на вещи под другим углом, и видеть связи вашей будущей профессии с жизнью людей и вашей собственной. И тогда вы очень скоро обратите внимание, что начинаете возвращаться к учебникам и справочникам не как скучным убийцам личного времени, а как источникам знаний, открывающим вам реальную картину мира — глубже, чем видит большинство людей.

Главное не увлечься в процессе — даже если вы объясните, что не просто так проспали занятие, а потому что всю ночь накануне боролись с разносящими чуму крысами в «A Plague Tale: Innocence», то преподаватель вряд ли это оценит :-)

Организация микробиологической лабораторной службы (дополнительный материал к Лекции 1.)

В нашей стране гражданские микробиологические лаборатории в основном входят в структуры здравоохранения, санитарно-эпидемиологического надзора, научных и научно-образовательных организаций (НИИ, ВУЗов и др.), или являются ведомственными (специализированные лаборатории, выполняющие контрольные исследования на водопроводных станциях, предприятиях пищевой промышленности, биотехнологических и фармацевтических производствах). Для простоты дальше в тексте мы будем называть их просто «лабораториями».

Лаборатории, действующие в интересах лечебных учреждений (больниц, поликлиник), могут быть очень небольшими, работающими на какую-то определённую медицинскую организацию. Иногда это просто специализированный отдел клинико-диагностической лаборатории. Но бывает и наоборот — для всех больниц одного города, скажем, строят одну централизованную лабораторию. Каждый вариант имеет свои плюсы и минусы. В первом случае быстрее время получения результата и лучше клиническое взаимодействие лечащего врача с микробиологом, проще доставка биоматериала. Это важно для стационаров, оказывающих экстренную помощь, отделений реанимации и интенсивной терапии. Во втором — меньше затраты труда и материалов на одно исследование, удобнее интерпретировать результаты «в динамике» (анализы одного пациента, сделанные в разное время), т.к. они будут выполнены на одном оборудовании, в одной и той же размерности, а зачастую и одними и теми же специалистами.

В любом случае основными задачами микробиологических лабораторий лечебных организаций является подтверждение/опровержение инфекционного характера заболевания, диагностика возбудителя (установление этиологии инфекции), подбор наиболее эффективных в его отношении лечебных препаратов (установление спектра чувствительности бактерий к антибиотикам, фагам и прочее).

Микробиологические лаборатории Центров гигиены и эпидемиологии заняты несколько иными задачами, которые в общем можно назвать профилактическими. Они ведут мониторинг циркуляции возбудителей инфекции в природе и среди людей, оценивают коллективный иммунитет, расследуют вспышки пищевых отравлений, определяют с санитарно-микробиологических позиций доброкачественность воды, воздуха, пищевых продуктов. То есть в рамках своей специфики заняты тем, что называется поддержанием санитарно-эпидемиологического благополучия населения.

Разделение обязанностей между разными лабораториями не всегда бывает таким строгим. Так, микробиологи больниц тоже выполняют немало анализов с профилактической целью. Например, чтобы не пропустить занос инфекции в стационар, когда она ещё в инкубационном периоде и у больного нет симптомов. Или в рамках разного рода профилактических осмотров. На базе хорошо оснащённых лабораторий крупных клиник могут выполняться исследования, имеющие научное значение. А лаборатории научно-исследовательских институтов помогают медикам и санитарным врачам делать сложные или редкие анализы.

Принципиальные различия между лабораториями, требования к их оснащению и квалификации кадров определяются не ведомственными различиями, а тем, с какими микроорганизмами они работают. Потому что при диагностике банального гриппа и, скажем, чумы, подходы к выполнению работ и мерам безопасности будут совершенно разные.

Поэтому и в отечественной классификации, и в понимании Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) все микроорганизмы, вызывающие заболевания у человека (патогенные для него) делятся на 4 группы в зависимости от степени их опасности. А сама эта степень определяется сочетанием двух свойств: насколько тяжёлые инфекции микроб вызывает (насколько он опасен для конкретного больного — «индивидуальная опасность»), и насколько он склонен к распространению среди неиммунных к нему людей («общественная опасность»).

В классификации ВОЗ это называется «группами риска», и условно можно сказать, что представители 1-ой группы вызывают лёгкие инфекции и не дают вспышек, а уж эпидемию точно вызвать не в состоянии. В то время как микробы из 4-ой группы легко выходят из под контроля вследствие своей высокой вирулентности, и способны легко убить значительное количество заразившихся:

В нашей стране нумерация групп (они называются «группами патогенности») обратная: самая опасная — 1-я, наименее опасные микробы — в 4-ой группе. Кроме того, несколько отличается сам подход в отнесении ПБА к той или иной группе. ПБА — это патогенные биологические агенты, которыми могут являться как сами микробы, так и выделяемые ими токсины, а также паразитические многоклеточные (клещи, гельминты) и яды биологического происхождения.

Поэтому микробиологические лаборатории всех ведомств Российской Федерации лицензируют на работы либо с первой-второй группами патогенности, либо с третьей-четвёртой. Первые обычно называют «лабораториями особо-опасных инфекций» — они оснащены специальными боксами биологической безопасности, системами очистки воздуха, обеззараживания сточных вод. А персонал здесь работает в защитных комбинезонах, а с особо заразными (высоко контагиозными) возбудителями — в специальных поддутых воздухом скафандрах, чтобы при повреждении не произошёл подсос инфекционного аэрозоля внутрь.

Во втором типе лабораторий всё несколько проще, но и здесь существуют специальные меры безопасности, средства защиты и осуществляется контроль безопасности работы.

— группа патогенности — возбудители чумы, лихорадки Марбург, лихорадки Эбола

— группа патогенности — ботулотоксин, столбнячный токсин, возбудители сибирской язвы, холеры, конго-крымской геморрагической лихорадки, ВИЧ, вирусы-возбудители гепатитов В, С (однако для ВИЧ и вирусов парентеральных гепатитов есть оговорка, что диагностировать эти инфекции можно и в лабораториях 3—4 гр. патогенности, если при этом не происходит накопление возбудителя)

— группа патогенности — возбудители гриппа, коклюша, туберкулёза, токсины плесневых грибов (микотоксины)

— группа патогенности — вирусы-возбудители ОРВИ (аденовирусы, риновирусы), золотистый стафилококк

Принятый в настоящее время полный перечень патогенных биологических объектов, разбитый на группы патогенности, приведён в Приложении 1 к санитарным правилам СанПиН 3.3686—21 «Санитарно-эпидемиологические требования по профилактике инфекционных болезней» (а т.ж. в Приложении в конце этого сборника).

Мы были, есть и будем есть — лекция 2. Экология микроорганизмов. Типы взаимодействия микро- и макроорганизмов. Инфекционный и эпидемический процессы

Часть 1. Экология микроорганизмов

В первой лекции курса мы дали такое определение [общей] микробиологии — это наука, изучающая морфология, физиологию, биохимию, генетику, экологию и эволюцию микроорганизмов. И в этот раз именно экология микроорганизмов будет нас интересовать.

Экология — это раздел биологии о взаимоотношении живых существ друг с другом и средой их обитания.

Когда звучит слово «экология», обычно оно ассоциируется с защитой природы, краснокнижных животных и с глобальным потеплением. В действительности это гораздо более широкое понятие: термин экология происходит от латинских слов «ойкос» — дом, обиталище, и «логос» — наука, учение.

Если представить наше жилище, особенно частный сельский дом с участком, то окажется, что вся наша жизнь будет тесно связана с ним: здесь мы не просто находим безопасное убежище и место отдыха, но и питаемся, общаемся друг с другом, развиваемся, воспитываем потомство, а приусадебное хозяйство служит нам средством воспроизводства пищи. То есть дом является местом нашего глубокого взаимодействия с окружающим миром. В этом смысле название «экология» хорошо отражает суть данной науки.

Одной из самых важных задач экологии является изучение пищевых (трофических) цепочек, поскольку питание наряду с дыханием считаются первыми и самыми важными признаками живого. Питание и дыхание нужны не просто для нормального роста организма, но и для самого его существования. Лишь немногие организмы могут приостанавливать или существенно замедлять эти процессы, да и то на ограниченное время (анабиоз, образование цист и спор).

Вспомним, что такое питание. Упрощённо — это процесс поглощения вещества и энергии. К энергии мы чуть позже вернёмся, а пока разберёмся с веществом.

Жизнь на планете Земля — углеродная. То есть все органические молекулы — белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты — так или иначе, имеют «скелет» из атомов углерода С. Поэтому в каком-то смысле можно сказать, что питание — это поглощение источников углерода и [источников] энергии. То есть живые клетки могут из углеродных «кирпичиков» складывать собственные структуры. Для этого они могут взять готовый углерод или разломать «на кирпичи» другие клетки либо их отмершие остатки. Правда, поскольку углерод в форме угля, графита или алмаза очень неудобен для использования в биохимических процессах, то наиболее простым его источником для живых существ является углекислый газ СО2. Плюс нужна вода как универсальный растворитель и источник другого важного элемента — водорода Н. Существа, которые могут из этих простых компонентов синтезировать свои сложные молекулы — буквально «строить сами себя», — называются автотрофами (от греч. «аутос» — сам, самостоятельно). Те, которые разлагают органические субстраты, чтобы затем собрать из них свои молекулы и клетки, обозначаются термином гетеротрофы («гетерос» — другой, чуждый). Поскольку автотрофам не нужны органические предшественники, которых они могли бы «разобрать на запчасти», то именно автотрофы являются первоосновой всех трофических (пищевых) цепочек, на языке экологии — продуцентами.

Однако, чтобы соединить простые неорганические молекулы в сложные органические, нужно затратить энергию, которая уходит на образование химических связей. Здесь организмы (и микроорганизмы в частности) тоже пошли разными путями. Одними научились использовать энергию солнца. Их назвали фототрофами («фотос» — свет), а также фототрофическими или фотосинтезирующими организмами. Поскольку только фототрофы могут использовать солнечную энергию, поступающую на нашу планету извне, из космоса, то именно они являются основными продуцентами на планете.

Но не все умеют питаться от солнышка, некоторые предпочитают что повкуснее: организмы, получающие энергию из расщеплённых химических связей, называют хемотрофами. Причём последние делятся на хемолитотрофных, которым достаточно энергии неорганических молекул (аммиак, сероводород и др. — от «литос», камень), и хемоорганотрофных — которые меньше чем «бифштексом» из органики не довольствуются.

Имея две группы по два раздела в каждой, мы можем получить 2*2=4 типа живых существ (4 типа питания):

Фотоавтотрофы — синтезируют сложную органику из СО2 и воды за счёт энергии солнца. Классический пример вы хорошо знаете — это растения и водоросли. Некоторые простейшие (эвглена зелёная) и бактерии, такие как цианобактерии (они же сине-зелёные водоросли, которые, как мы узнали в предыдущей лекции, вовсе не водоросли), тоже фотоавтотрофы.

Хемоавтотрофы — образно говоря, играют в те же игры, только вместо солнечных панелей используют дешёвые батарейки: синтезируют сложную органику из простых молекул, но за счёт энергии неорганических соединений. Если помните такие необычные океанические образования из предыдущей лекции как «чёрные курильщики», то вот там именно серные и сульфатредуцирующие бактерии, а также древние предшественники бактерий — археи, — в отсутствие света, а значит, и фотоавтотрофов, берут на себя роль продуцентов в этих необычных экосистемах.

Фотогетеротрофы — редкий тип питания, когда энергию света организмы направляют не на фотосинтез, а на расщепление чужих органических молекулы для синтеза собственных. Представлен, например, пурпурными бактериями.

Наконец, хемогетеротрофы — самый распространённый тип питания, когда органика служит одновременно источником и энергии, и углерода. Мы, например, с вами типичные хемоорганогетеротрофы. И большинство микроорганизмов — тоже. Хотя, как вы наверняка заметили, бактерии успели захватить все типы питания, но патогенными для человека могут быть только хемооргано (гетеро) трофные. Ещё бы: ведь мы их конкуренты за еду и энергию! Надеюсь, вы ещё помните из прошлой лекции, что патогенных для человека микроорганизмов изучает медицинская микробиология? Подробнее про типы питания вы можете прочесть в доступных учебниках и интернете.

А что же дыхание? Если мы говорим не про внешнее дыхание человека и других животных, а о дыхании как биохимическом процессе, то, упрощённо, в его основе лежит окисление — отрыв электрона от молекулы вещества. Электроны как раз и есть та самая энергия. Поэтому про хемотрофов, например, иначе говорят, что хемолитотрофы используют неорганические доноры электронов, а хемоорганотрофы — органические. Стоп: так окисление — это про дыхание или про питание? В том-то и дело, что эти два процесса неразрывно связаны, и составляют основу метаболизма — обмена веществ. Так, растения в ходе фотосинтеза могут нарабатывать глюкозу, чтобы потом полимеризовать её до целлюлозы и построить из неё свои стебли, а могут запасти в виде других полисахаридов (например, крахмала) в клубнях и семенах. И будущий росток станет наоборот: расщеплять этот запас на простые сахара для дальнейшего создания уже собственных структур, а в процессе дыхания — на углекислый газ и энергию, которой на рост требуется много, а листьев для фотосинтеза пока ещё нет.

Так же могут поступать и органогетеротрофы, в т.ч и мы с вами. В процессах метаболизма мы можем расщеплять органические полимеры пищи до составляющих их мономеров, и синтезировать их них собственные: из аминокислот — белки, из жирных кислот — липиды, из моносахаридов — сложные углеводы, а уже из них клетки, ткани и органы. Но на всё это требуется энергия. Поэтому часть получаемых из пищи органических молекул (и даже ставшие по какой-то причине ненужными свои) в цикле дыхания расщепляется с образованием прежде всего энергии. Так, один грамм белков и углеводом может дать 4 килокалории энергии, а один грамм жиров — целых 9.

Конечно, клетки не умеют поглощать энергию непосредственно в виде электронов, мы всё таки не кремниевые чипы, а углеродные «анималькули» (это «зверушки» на латыни, так что не надо про Пикачу и прочих персонажей аниме). Поэтому дыхание включает не просто окисление, а длинный цикл окислительно-восстановительных реакций, в итоге которых лежит универсальная энергетическая «валюта» клетки аденозинтрифосфат (АТФ) — она может использоваться в любых реакциях биосинтеза. Для большинства организмов, включая и нас с вами, окислителем в этих циклах служит кислород. Для многих микроорганизмов — тоже, но… не для всех. Например, ряд бактерий и дрожжевых грибов обходятся без него. Вместо окислительного дыхания они используют брожение. В этом процессе углеводы расщепляются не полностью до СО2 и воды — остаются непереработанные соединения: спирты, органические кислоты и др. Это менее выгодно в плане выхода энергии, но биохимически проще, и позволяет захватить такие экологические ниши, где дышащие кислородом воздуха аэробы не выживают, а значит, не создают конкуренции.

Такие микроорганизмы, которым не требуется кислород, называются анаэробными или, коротко, анаэробами («аэрос» — воздух, приставка «ан-» означает отсутствие). Самые хитрые из них приспособились переключаться с одного режима на другой — их называют нестрогими или факультативными анаэробами (как факультатив в школе — когда посещение вроде не обязательно, если конечно завуча не боишься). Так ведут себя, например, коринебактерии — некоторые из них в норме обитают на слизистой носоглотки человека, но вот коринебактерия дифтерии может вызвать тяжёлую респираторную инфекцию. В довакцинальную эпоху дифтерия была причиной смерти множества детей.

Однако некоторые бактерии настолько «увлеклись» бескислородной жизнь, что кислород начал оказывать на них губительное воздействие. Они вообще не живут и не размножаются в его присутствии. Типичным представителем таких облигатных анаэробов являются бактерии-возбудители ботулизма (их споры переносят открытый воздух, но размножаться начинают только в герметично укупоренных банках, домашних консервах и вакуумных упаковках, в результате чего возможно сильнейшее пищевое отравление — от ботулизма до сих пор бывают смертельные случаи), а также столбняка и газовой гангрены (раневые инфекции, при которых споры бактерий прорастают в глубине раны и выделяют токсины — столбняк у непривитых людей легко может закончиться смертью от паралича дыхательных мышц, а газовая гангрена — летальным исходом от заражения крови, если раньше не произвести ампутацию поражённой конечности).

Ну, а некоторым микроорганизмам кислород всё же требуется, но в очень небольшом количестве — они носят романтичное название микроаэрофилы («микро» — мало, «филос» — любящий, ну а «аэрос» вы уже должны были запомнить). К таковым относятся кампилобактерии — возбудители кишечных инфекций, и хеликобактерии (доказана роль хеликобактер пилори как одной из причин воспаления слизистой желудка — гастрита, — с последующим развитием у человека язвенной болезни желудка).

Справедливости ради нужно сказать, что наши клетки тоже умеют функционировать в режиме анаэробиоза, правда не все и недолго. Например, когда вы в спортзале, кряхтя, не можете поднять штангу, потому что «забились» мышцы, это в них «забилась» молочная кислота — кровь не успевает снабжать кислородом миоциты, мышечные клетки, и они временно переходят на молочно-кислое брожение. Нужно тренироваться постепенно, но систематически, чтобы адаптировать кровеносное русло и биохимию мышц. Чем вы хуже бактерий?!

Однако не все решают моральную дилемму «хуже-лучше» честным путём — что в нашем мире, что в мире микробов. Зачем упахиваться фотосинтезом, если можно расщепить готовое? Зачем ждать пока соседняя клетка «уйдёт на радугу», чтобы поживиться её остатками, если можно ей «слегка помочь»? Среди микробов немало таких же падальщиков и коварных хищников, как и в макромире.

Однако прежде чем начать «грабить к0р0ваны» живых клеток, нужно чтобы было кого грабить. Говоря в терминах экологии, нужны те, кто переведёт неорганический углерод и солнечную (чаще всего, но — как мы только что видели — возможны другие варианты) энергию в органические соединения и энергию их химических связей. Нужны продуценты! Какие организмы ими являются, мы уже упомянули выше.

Все живые существа не вечны, и даже если кто-то не «помог» им закончить жизненный путь раньше времени, всё равно обычный цикл рождения и роста закончится отмиранием. Но складывающие их органические молекулы при этом не пропадают бесследно. Да, под действием окружающей среды они будут деградировать: тот же кислород является прекрасным окислителем и сам по себе, вне биохимических циклов клеток. Но полный распад в обычных условиях потребует много времени. Поэтому было бы странно, если не нашлось охотников до такого количество дармовой органики. Хотя на самом деле это не «охотники» вовсе, а «подбиратели» всего что плохо лежит. Однако не нужно с пренебрежением относиться к роли организмов-редуцентов: только представьте, какие завалы отмершей органики покрыли бы планету за миллиарды лет, если бы они не помогали в её разложении. Микроорганизмов-редуцентов называют сапрофитическими или сапротрофными (от «сапрос» — гниющий). Причём некоторые сапротрофы могут произвольно менять свой жизненный путь с сапрофитического на свободноживущий и обратно в зависимости от условий среды.

Ну а самый большой интерес представляют, конечно, потребители того, что дают продуценты, а частенько и самих продуцентов целиком. Их называют консументами. И они вовсе не склонны соблюдать последовательность продуцент-консумент-редуцент. Консумент вполне может скушать консумента! Тогда они называются консументами 1-го и 2-го порядка (как в известном анекдоте про «завтрак туриста», где заблудившийся турист встретил медведя, и таким образом перешёл из 2-го порядка консументов в первый).

Консументы разнообразны и могут вести как свободный образ жизни, самостоятельно расщепляя доступные им органические субстраты, так и нахально «присоседиться» к другому организму, полностью или частично переложив на того обязанность снабжать себя-любимого пищей и энергией (а в случае вирусов — и все остальные функции вроде размножения). Иногда правда соседство получается взаимовыгодным — один участник обменивается с другим чем-то полезным или они оказывают друг другу взаимные услуги (коралловые рыбки, например, очищают актинию от мусора и паразитов, а сами в момент опасности прячутся среди её стрекательных щупалец, и актиния их не жалит). Именно такой подход вам в школьном курсе биологии и экологии преподносили как симбиоз. На самом деле симбиоз — это любое тесное сосуществование двух организмов разного вида. И в зависимости от получения при нём вреда/выгоды для обоих участников оно делится на три вида:

Мутуализм — соотношение «польза/польза» — взаимовыгодное сотрудничество организмов (бифидо-, лакто- и энтеробактерии кишечной микрофлоры человека не только улучшают пищеварение, но и синтезируют ряд необходимых нам витаминов, получая взамен удобную среду обитания и обилие пищи);

Комменсализм (по-русски — «нахлебничество») — сочетание пользы с пофигизмом — когда одному участнику (комменсалу) сотрудничество выгодно, а другому (хозяину) нет, но он терпит и относится с пониманием (пример: рыбы-прилипалы, путешествующие на поверхности тела китообразных, а в мире микробов — многие бактерии в составе микрофлоры человека);

Паразитизм — соотношение «польза/вред»: организм-хозяин терпит убытки и лишения, и всеми силами пытается от паразита (паратрофа — конкурента за пищу) избавиться, для чего эволюция и придумала иммунитет и другие защитные механизмы. Ну, а для паразитов она придумала гены факторов агрессии, защиту от антибиотиков, капсулы против антител и много чего другого, чтобы тот самый иммунитет обойти. Эволюция работает на приспособление всех участников симбиоза.

Причём не всякое сосуществование можно с ходу отнести к той или иной категории. Так, бактерии-комменсалы в составе микрофлоры кожи человека получают подходящую среду обитания и питательный субстрат, ничего вроде бы не давая хорошего. Даже слегка наоборот — наш пот, к слову, не имеет запаха совсем. Плохо пахнуть после спортзала мы начинаем из-за деятельности бактерий и дрожжевых грибов, перерабатывающих пот и отмерший эпителий с образованием летучих соединений. Но если посмотреть шире, то эти бактерии так плотно заселяют наши покровы и настолько полно используют доступные здесь ресурсы, что болезнетворным микроорганизмам, попадающим на кожу, часто просто «негде зацепиться», чтобы размножиться до угрожающих нашему здоровью пределов. Да, иммунитет тоже работает, но бесполезные на первый взгляд комменсалы тут играют своего рода роль «ополчения», вспомогательной силы в борьбе с инфекцией. Это явление называется колонизационной резистентностью, и мы будем говорить о нём в теме микрофлоры человека.

Бывает и наоборот. Вам наверняка говорили в школе, что лишайники — это симбиоз гриба и водоросли. Грибы формируют каркас, тело лишайника, защищают от агрессивной внешней среды, в частности от высыхания, доставляя через свои гифы влагу непосредственно к клеткам водоросли. А те делятся с грибом питательными веществами, получаемыми за счёт фотосинтеза. Данная стратегия позволяет лишайникам заселять такие экологические ниши, где ни грибы, ни водоросли по отдельности не выживают.

Однако сравнительно недавно учёные выяснили удивительное: «мир, дружба, жвачка» между двумя компонентами лишайника длятся только до тех пор, пока условия жизни приемлемые. Стоит начаться засухе, или окажется исчерпанным питательный субстрат, как грибы начинают обделять компаньонов водой и питательными веществами, забирая больше, чем дают, а при крайне тяжёлых обстоятельствах и вовсе выделяют пищеварительные ферменты, просто пожирая клетки водоросли. Это уже не симбиоз — это рабовладение какое-то получается!

Часть 2. Инфекционный процесс

Итак, теперь мы знаем: среди микроорганизмов немало таких, кто предпочитает поживиться за чужой счёт, нежели в поте цитоплазматической мембраны своей самостоятельно отыскивать органические субстраты в окружающей среде.

Любой организм, который питается за счёт организма другого вида, нанося ему при этом вред, с экологической точки зрения, будет называться паразитом. Но у медиков применительно к паразитическим микроорганизмам в ходу больше другие термины. Попробуем в них разобраться.

Когда микроб атакует свою жертву (последняя по отношению к нему будет называться хозяином, а если хозяин многоклеточный, то ещё и макроорганизмом («макрос» — большой)), он запускает специфический процесс взаимного противоборства. У жертвы паразитов в ходе эволюции выработаны разные механизмы защиты. Чем сложнее сам макроорганизмом, тем более эти механизмы многочисленны и совершенны (однако, и нападают на него, как правило, большее число видов разных паразитов). Поэтому в ряде случаев паразит может не достичь цели и быть уничтоженным сразу — т.е. организм невосприимчив к нему. Но чаще, чтобы подавить агрессора, нужно определённое время. Иногда этот процесс затягивается надолго, вынуждая организм тратить на него значительные силы и энергию. Если их резерв достаточным велик, то противостояние с микробом может почти не сказываться на общем состоянии — тогда говорят, что организм компенсировал процесс. Однако в ряде случаев паразит при этом сохраняет способность передаваться другим восприимчивым к нему организмам — заражать их. Такое состояние, когда больной не испытывает симптомов, но является источником инфекции, называется носительством.

Однако возможно и такое, что резервов не хватает, и тогда организм начинает экономить на процессах своей жизнедеятельности — замедляется рост, ухудшается обновление и восстановление тканей, нарушается функционирование всех систем последовательно от менее важных к жизненно необходимым. Это называется декомпенсацией процесса. Внешне она проявляется различными признаками болезни — симптомами. То есть происходит манифестация болезни — переход от компенсации к декомпенсации с проявлением симптомов. При крайнем исходе начинают страдать и ухудшаться сами процессы защиты — паразит побеждает. Если силы организма закончатся раньше, чем удастся подавить паразита, то возможен летальный исход.

Любой процесс, который сопровождается напряжением сил организма, проходя стадии компенсации, декомпенсации и исхода, называется болезнью, заболеванием. Если причиной болезни служит какой-то повреждающий фактор внешней среды, то его можно назвать патогеном («патос» — болезнь, страдание, «генос» — порождение, происхождение). Однако на практике термин патоген закрепился именно за микроорганизмами, вызывающими заболевание. Такие болезни называют инфекционными (от лат. «инфектум» — зараза), а патогенные микроорганизмы — возбудителями инфекционных болезней.

Мы уже упоминали патогены и патогенные биологические агенты (ПБА), когда говорили о микробиологических лабораториях и группах патогенности. Ради точности определения стоит сказать, что патогеном (ПБА) может быть не только сам возбудитель, но и выделяемые им токсины, а также — помимо микроорганизмов — многоклеточные паразиты (например, гельминты).

Поскольку возбудитель является причиной инфекционного заболевания, то о нём говорят как об этиологическом факторе болезни (от «этиос» — причина).

Таким образом, инфекционный процесс (инфекция) — это процесс взаимодействия возбудителя и хозяина (восприимчивого организма), проявляющийся в зависимости от имеющихся условий либо развитием клинически выраженного заболевания (манифестация) либо бессимптомным носительством.

Для понимания этого определения нужно чётко представлять, что инфекционный процесс является взаимодействием двух конкретных организмов — возбудителя и восприимчивого организма-хозяина. И характер его течения будет определяться особенностями каждого из них в данном конкретном случае заболевания.

Попросту говоря, если два человека заразились, скажем, ротавирусной инфекцией (один из видов вирусной диареи, но с воздушно-капельным путём передачи), один может переболеть легче, другой тяжелее. А при повторном заражении (такое возможно для ротавируса, поскольку он имеет несколько серотипов) всё может протекать уже наоборот.

Понятие инфекции не привязано только к человеку, животным или вообще какому-либо царству живой природы. Есть свои инфекции у растений и грибов. Болеют бактерии, поражаемые вирусами-бактериофагами. И даже некоторые вирусы могут паразитировать на других вирусах!

Здесь же нужно упомянуть такие термины как инвазия — инфекция, вызываемая простейшими и гельминтами, — и паразитозы — заболевания, вызываемые различными группами многоклеточных паразитарных организмов (теми же гельминтами, а также членистоногими, например, клещами). Сейчас мы не будем на них останавливаться, чтобы не запутаться, лучше вернёмся к этим понятиям, когда позже начнём заниматься паразитологией.

Течение инфекционного процесса имеет ряд характеристик, связанных как со свойствами микроорганизма-возбудителя, так и макроорганизма-хозяина.

Способность микроорганизма заражать те или иные биологические виды «зашита» в его геноме, и как-то кардинально измениться может только под действием существенных мутаций. Поэтому говорят о таком свойстве микроорганизма как патогенность — генетически детерминированная потенциальная способность микроорганизма (возбудителя) вызывать инфекционный процесс у одного или нескольких видов восприимчивых организмов.

Микроорганизм, вызывающий заболевание у одного вида живых существ, может быть непатогенным для другого. Так, патогены не способны преодолевать барьеры между царствами природы — поэтому болезни растений не передаются человеку или животным (хотя токсины ряда грибов, поражающих зерновые и плодовые культуры, ядовиты для человека, но это не является проявлением паразитизма по отношению к нему). У животных и людей тоже не так много общих патогенов, и даже родственные возбудители, зачастую, «нацелены» только на кого-то одного. Например, ВИЧ не передаётся от человека к животным, хотя у приматов существуют сходные ретровирусы, тоже вызывающие иммунодефицит. Чуму собак вызывает парамиксовирус, напоминающий возбудитель кори, но люди не болеют чумкой, а собаки — корью.

Хотя бывают у нас с братьями меньшими и общие заболевания: например, бешенство, ГЛПС (геморрагическая лихорадка с почечным синдромом, она же «мышиная лихорадка»), бруцеллёз и другие — их называют зоонозными (от слова «зоо», животное) в противовес чисто человеческим антропонозным.

Для человека зоонозная инфекция — это как бы «ошибка» возбудителя, потому для многих таких инфекций заразившийся от животного человек, к счастью, становится «биологическим тупиком», т.е. не может заразить других людей.

Таким образом, патогенность — это качественная характеристика. Она либо есть, либо её нет. И произвольно микроорганизм изменить её не может. Почему же тогда одних инфекций мы боимся больше, чем других, и даже применительно к какому-нибудь гриппу беспокоимся, окажется ли очередной сезонный штамм более опасным, чем предыдущие? Но ведь раз есть качественная характеристика (патогенность), то может быть, её как-то можно выразить и количественно? Да, действительно есть — вирулентность. Её определение так и звучит — количественная мера патогенности возбудителя. Соответственно, штаммы микроорганизма могут быть высоковирулентными, умеренновирулентными и слабовирулентными. А могут быть и авирулентными — то есть не способными по какой-то причине проявить свои патогенные свойства. Для некоторых микроорганизмов учёным удаётся управлять вирулентностью, получая слабо- и авирулентные штаммы для производства вакцин. Такие препараты содержат живой возбудитель, однако вероятность, что он вызовет инфекционный процесс у привитого, исчезающее мала. Зато он гарантированно вызовет иммунный ответ. По такому принципу создают вакцины от бешенства, полиомиелита и других инфекций.

По этой причине не бывает никакого «высокопатогенного гриппа» — просто эта ошибка безграмотных журналистов настолько «завирусилась», что пришлось её оставить в разговорном обиходе (вместе с «коронавирусом», хотя до 2020 года возбудители сезонных ОРВИ были коронОвирусами, как того требуют правила словообразования русского языка).

Помимо характеристик возбудителя, говорят о характеристиках инфекционного процесса (хотя они тоже связаны со свойствами микроорганизма):

— специфичность

— контагиозность

— цикличность течения

Специфичность — способность каждого определённого возбудителя вызывать специфическое заболевание в определённом органе или ткани. Это свойство легко понять, если вы вспомните, что например грипп в основном поражает дыхательную систему, многочисленные кишечные инфекции потому так и называются, что страдает от них ЖКТ, а стригущий лишай (микроспория) возникает на коже (волосы тоже считаются придатком кожи). То есть, как правило, возбудитель «заточен» под какой-то определённый орган или систему органов.

Хотя специфичность инфекционного процесса может проявляться в разной степени и зависеть от некоторых обстоятельств, например, от условий заражения. Тот же вирус гриппа имеет тропность (сродство) в основном к эпителию дыхательных путей, но в несколько меньшей степени — к эндотелию кровеносных сосудов (эпителию их внутренней выстилки). Поэтому при гриппе учащается вероятность кровотечений, повышается свёртывание крови и тромбообразование, возможны отсроченные сердечно-сосудистые осложнения. А при чуме форма заболевания зависит от того, как чумная бактерия попала в организм: в результате вдыхания разовьётся лёгочная форма (одна из самых смертоносных), при заражении через укус инфицированной блохи — бубонная.

Контагиозность — способность возбудителя передаваться от заражённого организма-хозяина к незаражённому. Несмотря на то, что инфекция ассоциируется с заразностью (и даже название происходит от латинского эквивалента этого слова), однако выше мы успели упомянуть, что инфекционные болезни не всегда передаются от человека к человеку. Поэтому и говорят о высококонтагиозных и малоконтагиозных инфекциях.

Например, при кори достаточно заразиться одному ребёнку, чтобы заболел весь подъезд многоквартирного дома — контагиозность вируса настолько высока, что он доберётся до всех непривитых малышей и взрослых по системе общей вентиляции. Очень заразен и гепатит В — достаточно невидимых следов инфицированной крови на поверхности или предмете, которых коснулся человек с такими же незаметными микроповреждениями на коже, чтобы произошло заражение. К счастью, благодаря вакцинации эпидемия гепатита В, бушевавшая в России в 90-ые годы 20-го века, сошла до почти нулевого уровня. А вот уже похожим на него гепатитом С (похожим по проявлениям — генетически это другое семейство вирусов), так легко не заразиться — здесь нужен массивный контакт «кровь в кровь»: переливание некарантинизированной крови, инъекции нестерильными шприцами (поэтому раньше гепатиты В, С и ВИЧ-инфекция были особенно распространёны среди наркоманов — у этих инфекций общие пути передачи) или другие манипуляции нестерильными инструментами на теле (непрофессиональный пирсинг, татуаж и прочее).

Наконец, инфекционный процесс характеризуется цикличностью — последовательной сменой периодов:

— инкубационный (латентный, скрытый)

— продромальный (период «предвестников»)

— период выраженных клинических проявлений («разгар»)

— период реконвалесценции (выздоровления)

Запомнить последовательность легко. Инкубационный период отсчитывается с момента проникновения возбудителя в организм и до появления первых симптомов. То есть внешне он не проявляется, и потому крайне сложен для распознавания.

В ряде случаев иммунитет подавляет инфекцию уже на этой стадии и клинически выраженное заболевание не разовьётся. Такая форма называется абортивной инфекцией.

Продромальный период («продрома» — профессионально-сленговое выражение) отмечается уже появлением симптомов, однако по ним довольно трудно определить (диагностировать) болезнь, потому что обычно они неспецифичны для конкретного заболевания: повышение температуры до субфебрильных и умеренных цифр, миалгия и артралгия (боль, ломота в мышцах и суставах соответственно), быстрая утомляемость и астения (слабость, упадок сил).

«Продрома» может быть очень короткой, а может растянуться почти на весь процесс, когда толком и симптомов выраженных нет. Говорят: «переболел на ногах», а на профессиональном языке это называется стёртая форма болезни.

Наконец, в период разгара заболевания выраженность симптомов достигает максимума, а кроме того, появляются специфические, характерные только для данного заболевания — патогномоничные симптомы.

Например, корь можно опознать по появлению пятен Бельского (также пятна Бельского-Филатова-Коплика) в виде мелких белых точек на слизистой ротовой полости и мягкого нёба. К большому сожалению клиницистов патогномоничные симптомы есть не у всех болезней и инфекций.

Период разгара заболевания заканчивается исходом — либо это гибелью больного, либо переход в период реконвалесценции (выздоровления).

Однако такая последовательность справедлива только для острой инфекции. А бывают и хронические, когда возбудитель на определённый период времени снижает активность в организме, например, будучи подавлен иммунитетом, но до конца не удаляется из него (не элиминируется), и может развиться вновь. В этом случаев каждый цикл обострения инфекции будет проходить те же периоды, только реконвалесценции предудыщего цикла и латентный период нового объединяются в период ремиссии.

Вы, наверное, уже догадались, что изучением инфекционного процесса занимается инфектология, более известная вам как курс инфекционных болезней. Однако наряду с ней существует гораздо менее известная, но не менее важная наука эпидемиология. О ней и пойдёт речь во второй части лекции.

Часть 3. Эпидемический процесс

Чтож, мы рассмотрели процесс взаимодействия возбудителя инфекционного заболевания с восприимчивым организмом. Но очень редко когда в реальности происходит контакт инфекции с одним единственным человеком — не в пустыни живём. Гораздо чаще с возбудителем контактирует группа лиц, некоторые из которых могли ранее уже перенести эту инфекцию, другие — быть привиты от неё, а некоторые никогда ни с чем подобным не встречались. А если возбудитель распространяется живыми переносчиками (клещами, например, как вирусный энцефалит или крымская геморрагическая лихорадка) или имеет природный резервуар (бешенство и др.), то речь будет идти о взаимодействии популяции этих переносчиков с неоднородной популяцией восприимчивых к ней людей (и/или животных, которые в свою очередь могут стать популяцией резервуаров). Поэтому теперь попробуем взглянуть на инфекции с других — эпидемиологических — позиций.

Эпидемиология — это медицинская наука, изучающая причины возникновения и особенности распространения инфекционных и массовых неинфекционных заболеваний в обществе с целью применения полученных знаний для решения проблем здравоохранения. За этим витиеватым определением скрывается обширный комплекс специальных знаний, направленных по большому счёту на профилактику массовых заболеваний. Прежде всего, конечно, инфекционных, хотя примерно со второй половины 20-го века активно развивается эпидемиология неинфекционных заболеваний: гипертонической болезни, ишемической болезни сердца и других. Но пока договоримся, что в рамках нашего курса мы будем подразумевать именно эпидемиологию инфекций.

Эпидемиологию почему-то принято считать теоретической наукой. Однако в реальности эпидемиологические знания проникают и помогают в развитии вполне конкретных клинических дисциплин и практических аспектов медицинской деятельности. Можно не упоминать каждый раз эпидемиологию, но никуда не скроешь, что на её базе построен весь санитарно-эпидемиологический режим медицинского учреждения, гигиена рук медработников, вопросы дезинфекции и стерилизации мединструментов, профилактика хирургических осложнений, проблемы предупреждения заносов инфекции в стационар, вакцинопрофилактика наконец, и многое-многое другое.

Так что польза эпидемиологии ясна, но хотелось бы понять, как она работает и в чём её отличие от изучения инфекционных болезней.

Прежде всего, отличие состоит в задачах, решение которых мы хотим получить в случае каждой из дисциплин. Так, учение об инфекционных болезнях рассматривает конкретные заболевания (инфекции) человека с точки зрения патогенеза, особенностей клинического проявления, методов диагностики с целью их своевременного выявления у больного и проведения лечения.

В то же время эпидемиология изучает инфекционные заболевания с момента воздействия возбудителя на макроорганизм с целью предотвращения их взаимодействия. То есть очень упрощённо задача инфекциониста — выявить и вылечить, а задача эпидемиолога — не дать никому заболеть, чтобы лишить работы инфекциониста. Теперь о том, как этого добиться.

Мы уже сказали, что каждый случай возникновения инфекционного процесса уникален из-за отличий характеристик его участников. А потому для лечения лучше всего подходит правило «лечить не болезнь, а больного», т.е. требуется учёт индивидуальных особенностей. Эпидемиологу этот подход поможет разве что в случае расследования обстоятельств заражения определённого больного. Но для того, чтобы предотвратить последующие случаи в масштабах города и шире, нужно выявить общие закономерности. Проще всего это описать в рамках «3D-модели», но не кинотеатра, конечно, а просто в трёх координатах: «люди-время-территория». Нужно в целом понять: КТО больше болеет — мужчины или женщины, дети или взрослые, а может лица определённых профессий, КОГДА болеет — есть ли сезонность вообще, она весенне-летняя или это больше холодный период года, ГДЕ болеет — какие климатические, географические, природные факторы влияют на заражение. Затем требуется установить, какие связи существуют между этими «координатами», и наконец, какие особенности возбудителя обуславливают приоритет именно этих связей.

Если инфектология оперирует понятием инфекционного процесса, то объект изучения эпидемиологии — эпидемический процесс — это процесс взаимодействия популяций возбудителя и организма-хозяина при помощи устойчиво сложившихся механизмов и факторов передачи, проявляющийся при определённых социальных и природных условиях единичными или множественными заболеваниями (или бессимптомными формами инфекции). Рассматривая взаимодействие на популяционном уровне, мы жертвуем частными особенностями возбудителя и восприимчивого организма, чтобы выявить общие закономерности этого их взаимодействия.

Можно также рассматривать эпидемический процесс как цепь последовательно возникающих случаев инфекционных процессов у больных (носителей) или формируемых ими эпидемических очагов (источник инфекции с окружающей обстановкой, в пределах которой он способен передавать возбудитель).

В зависимости от числа заболевших в единицу времени относительно всей популяции (населения) говорят либо о спорадической заболеваемости (единичные, иногда даже не связанные случаи), вспышке (связанные друг с другом случаи в ограниченных пределах времени и/или пространства — например, одна семья или подъезд многоквартирного дома, группа детского сада, больничное отделение, район города и т.п.) или эпидемии.

Критерий, когда уровень заболеваемости засчитывает как эпидемический, устанавливается специальным математическим расчётом отдельно для каждой инфекции на каждой территории, исходя из привычной заболеваемости на ней в предыдущие годы. Потому что, например, 50 случаев туберкулёза в год на российский город со стотысячным населением — это много, и требует проведения противоэпидемических мер, а 50 случаев ОРВИ в тех же условиях — нереально малая величина. При этом в некоторых странах Африки заболеваемость туберкулёзом привычно достигает 500—600 на 100 тыс. населения.

Эпидемия, захватывающие большие массы людей и распространяющаяся на несколько континентов, называется пандемией.

Массовой заболеваемости подвергаются не только люди, но и животные (тогда это называется эпизоотия), и растения (эпифитотия).

Для реализации эпидемического процесса нужны 3 обязательных звена или фактора эпидпроцесса (не путайте их с факторами передачи инфекции, которые встретите в лекции ниже):

Три звена эпидпроцесса («триада Л. В. Громашевского»):

— Источник возбудителя

— Механизм передачи

— Восприимчивый организм

Эти звенья являются движущими силами эпидпроцесса. Потому с установления каждого из звеньев начинается эпидемиологическое расследование любой вспышки инфекции.

Источник инфекции (источник возбудителя) — это больной или бессимптомный носитель, способный передать возбудитель восприимчивым организмам в своём окружении.

Механизм передачи — эволюционно сложивший способ перемещения возбудителя из заражённого организма в незаражённый, обеспечивающий существование его как биологического вида.

Механизм передачи каждой конкретной инфекции определяется основной локализацией её возбудителя в заражённом организме. Как правило, выделяют 4 таких локуса: желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), кровь, дыхательные пути, внешние покровы (кожа, слизистые, волосы). Исходя из этого, складывается эпидемиологическая классификация инфекций:

— Кишечные инфекции

— Респираторные (или инфекции органов дыхания — от лат. «спиро», дышу)

— Трансмиссивные

— Кожные и кровяно-контактные

Каждой из них поставлен в соответствие свой механизм передачи (см. таблицу):

Если аэрогенный (воздушный) и фекально-оральный механизмы передачи интуитивно понятны, то два других требуют пояснения. Так, трансмиссивные инфекции требуют для передачи специфического переносчика («трансмиссия» — это и есть в переводе «перенос, передача»). Причём возбудитель не просто механически «путешествует», скажем, на поверхности тела переносчика (как бактерии дизентерии на лапках мух и комаров — это как раз фекально-оральный механизм), но проходят в его организме часть своего жизненного цикла. Поэтому для каждой такой инфекции подходит только один вид переносчика или узкая группа видов, что заставляет говорить именно о специфическом переносчике.

Примеры трансмиссивных инфекций: малярия (переносчики — комары рода анофелес), жёлтая лихорадка (переносят москиты), а из более актуальных для нас — клещевые инфекции: клещевой вирусный энцефалит (КВЭ), иксодовый клещевой боррелиоз (ИКБ) и другие.

Здесь же стоит отметить, что в силу определённых причин инфекции иногда могут передаваться более чем одним механизмом. Тогда их относят в ту или иную группу по ведущему механизму передачи.

Выше в этой лекции мы уже упоминали чуму: обычно вспышки начинаются от контакта с заражёнными грызунами, с которых на людей переходят блохи, передающие чумных бактерий в результате укуса (если уж с неаппетитными подробностями, то они отрыгивают их в ранку). Результатом такой трансмиссивной передачи обычно бывает бубонная форма чумы. Но если чумной бубон (воспалённый лимфоузел) вскрывается не наружу через свищ, а происходит прорыв бактерий в кровоток, то развивается вторично-септическая форма с разносом возбудителя во все органы, включая лёгкие. И больной становится источником, заражая других уже через аэрогенный механизм лёгочной формой болезни.

Несколько сложнее обстоит дело с 4-ой группой инфекций. Если в плане чесотки или стригущего лишая нам понятно, почему они отнесены сюда, то например, с сифилисом, ВИЧ-инфекцией и гепатитом В ничего не ясно. Ведь они же не вызывают кожных проявлений! Они вообще, как и трансмиссивные, в основном в крови циркулируют.

Но если разобраться, противоречий здесь нет. Во-первых, общая площадь кожи человека составляет порядка двух квадратных метров, а со слизистыми — ещё больше, и они при этом активно кровоснабжаются. Во-вторых, нет никакого эволюционно сложившегося способа, при котором люди бы обменивались друг с другом кровью (всякие «скрепления клятв» и братания — весьма редкие культурные традиции), а хирургические операции и инъекции, даже если отсчитывать их со времён Древней Индии и Китая, всё равно слишком недавнее новшество, чтобы эволюция как-то учла его. Вот и получается, что обитающим в крови микробам нужно либо искать переносчика, становясь трансмиссивной инфекцией, либо как-то пробиваться наружу в месте наиболее вероятного контакта крови с окружающей средой, то есть через кожу и слизистые.

К чистым трансмиссивным инфекциям их тоже нельзя отнести, потому что даже если кровососущие насекомые напиваются крови, например, ВИЧ-инфицированного или больного гепатитом В, то они не могут заразить другого укушенного. Во-первых, комары пьют кровь, а не впрыскивают её, а то, что осталось на хоботке, просто слишком мало для заражения. Во-вторых, в кишечнике комара под действием пищеварительных ферментов и ультрафиолета солнечного света указанные вирусы быстро инактивируются. Иначе говоря, они эволюционно не приспособлены к передаче через подобный механизм, а значит, никак не могут быть отнесены к трансмиссивным. Вот и приходиться им «присоседится» к чисто кожным инфекциям, объединяясь с ними в одну группу.

Ни в коем случае не следует путать механизмы и пути передачи инфекции, в т.ч. и в речи — это безответственно по отношению к пациентам и снижает профессиональную оценку вас сведущими коллегами. Путь передачи возбудителя — совокупность факторов передачи, обеспечивающих проникновение возбудителя в восприимчивый организм в конкретных условиях места и времени. Каждый механизм передачи реализуется своими определёнными путями:

Иногда, правда, инфекции могут пользоваться «неродными» путями передачи. Например, уже упомянутый клещевой энцефалит (КВЭ), являясь трансмиссивной инфекцией, на эндемичных территориях может распространяться и пищевым путём. И для этого вовсе не нужно есть заражённого человека)) Эндемичные — это территории, где циркуляция возбудителя постоянно сохраняется в популяции переносчиков или заражённых животных. Так вот, в эндемичных для КВЭ областях им болеют и люди, и животные (это зоонозная инфекция), например, домашние козы и коровы. При употреблении некипячёного молока от них и можно заразиться КВЭ. Учитывайте это, если будете в северных, таёжных краях нашей страны.

Все перечисленные пути описывают передачу инфекции между ныне живущими поколениями людей. Но некоторые инфекции (ВИЧ, гепатиты, корь, сифилис, токсоплазмоз) могут передаваться от матери к плоду или новорождённому ребёнку. Это называется вертикальной передачей инфекции. Среди учёных нет устоявшейся точки зрения на то, механизм это или путь. Тем более, что в одних случаях инфицирование происходит при прохождении через родовые пути, а другие возбудители способны проникать через гематоплацентарный барьер в ходе беременности. Поэтому для простоты будем считать, что это самостоятельный путь передачи.

Такую же самостоятельность иногда приписывают артифициальному пути передачи инфекции («артис» — искусство) — это искусственный перенос возбудителя в восприимчивый организм при нестерильных медицинских (в т.ч. лабораторных) или парамедицинских манипуляциях. Под последними понимается татуаж, пирсинг, а также инъекции нестерильными инструментами и шприцами. Мы говорили о них выше, упоминая о заразности гепатитов В и С (хотя иногда его считают подтипом гемоконтактного пути передачи)

Пути передачи реализуются через факторы передачи — объекты окружающей среды, посредством которых осуществляется перенос возбудителя из заражённого организма в незаражённый. В зависимости от пути передачи они могут быть самыми разнообразными: вода, пищевые продукты, контаминированные предметы обихода, гигиенические принадлежности, бельё, медицинские инструменты и т. д.

В заключение стоит сказать, что в действующей версии Международной классификации болезней (МКБ-10), приведено более 300 нозоформ инфекционных болезней — возбудителей их ещё больше (только ОРВИ вызывают сотни разных вирусов). Инфекционистам в своей работе неизбежно приходится искать какие-то общие подходы к их лечению. И несмотря на то, что коварные микробы не желают полностью укладываться в рамки никаких классификаций, эпидемиологический подход позволяет сузить поиск общих решений, определить, на какие звенья эпидпроцесса и как лучше воздействовать в первую очередь.

Если материал показался вам слишком сложным, чтобы охватить его в уме целиком, воспользуйтесь тезисами из статьи д. м. н. А.Д. Антоненко, в которых он кратко сформулировал законы возникновения и развития эпидемического процесса (см. Приложение).

И напоследок несколько слов о применении терминов «эпидемический» и «эпидемиологический». Возможно, по ходу изучения этой главы вы уже поняли, что «эпидемиоЛОГический» — это связанный с наукой («логос») эпидемиологией. В этом случае мы говорим «эпидемиологическое расследование», «эпидемиологическая классификация» и т. д. А вот «ЭПИДЕМический» — это уже как-то относящийся к процессу распространения инфекции, к эпидемии. Поэтому очаг и процесс у нас — эпидемические. Некоторые сложности возникают с выбором правильного прилагательного для терминов «обстановка» и «ситуация». Тут правомочны оба варианта: и эпидемиологическая обстановка (у военных эпидемиологов, например, в ходу именно такая формулировка), и эпидемическая обстановка/ситуация (особенно употребима в журналистских репортажах).

Бить буду аккуратно, но сильно — лекция 3. Учение об иммунитете. Особенности иммунитета при различных инфекциях

Часть 1

Мы уже не раз упоминали, что микробиология и учение об иммунитете очень тесно связаны друг с другом. Напомним, что иммунология изучает реакцию организма на антигены (генетически чужеродные вещества), механизмы этих реакций, разрабатывает методы исследования, профилактики и лечения, основанные на этих реакциях. Иммунология — это большая самостоятельная дисциплина. Есть даже отдельная специальность — врач-иммунолог, однако без основных знаний в области иммунитета любому медицинскому работнику очень сложно ориентироваться во многих практических аспектах своей деятельности. Поэтому пройдёмся хотя бы по основным разделам.

Раздел 1. Типы иммунитета

Иммунитет — это способ защиты организма от антигенов экзогенного (внешнего) и эндогенного (внутреннего) происхождения, направленный на поддержание и сохранение гомеостаза, структурной и функциональной целостности организма, биологической индивидуальности каждого организма и, как следствие, вида в целом.

Если у вас есть сложности с пониманием данного определения, то прежде чем изучать лекцию дальше, советую прочесть дополнительный материал об общих задачах иммунитета и его связи с гомеостазом.

Различают врождённый (видовой) и приобретённый (адаптивный) иммунитет. Некоторые представления об их отличиях мы получили в рамках лекции об инфекционном процессе. Видовой иммунитет неспецифический — за годы эволюции он сделал нас невосприимчивыми ко многим окружающим микробам, например, к большинству инфекций животных. Кроме того, он очень быстрый — срабатывает моментально в ответ на проникновение антигенов в организм. Однако он слишком консервативный — вот появился, скажем, ранее незнакомый ему коронавирус, и врождённый иммунитет спасовал. Но всё равно для иммунного ответа необходимо, чтобы сначала сработал врождённый иммунитет — именно он даёт «команду на запуск» адаптивного иммунитета.

Адаптивный иммунитет, в отличие от врождённого, требует много времени на «запуск», но умеет опознавать совершенно любые антигены, а главное — запоминать их на будущее. За счёт этой иммунной памяти в следующий раз иммунитет срабатывает уже гораздо расторопнее (формируется вторичный иммунный ответ), но только если встреча произошла с тем же самым антигеном, который он специфически опознаёт. Если антиген будет другой, процесс придётся начинать заново — это снова будет первичный иммунный ответ. На этом основана тактика ряда инфекционных возбудителей, особенно вирусов — под влиянием мутаций они слегка меняют свою антигенную структуру, ускользая от иммунитета или заставляя его каждый раз бессмысленно проходить цикл формирования иммунной памяти.

Как врождённые, так и приобретённые иммунные механизмы включают клеточный и гуморальный компоненты. Слово «гумор» переводится как «жидкость», а под гуморальными факторами понимаются все сигнальные и эффекторные молекулы, циркулирующие в жидкой среде организма: сыворотке крови, лимфе и межклеточной жидкости.

И если логично предположить, что молекулы иммунной системы синтезируются клетками, то сами клетки должны где-то образовываться. Так мы приходим к необходимости наличия органов иммунной системы. Их, в свою очередь, делят на центральные и периферические:

Подробнее об органах иммунной системы и производимых ими клетках рассказано в дополнительном материале. Мы же должны упомянуть ещё о делении иммунитета на активный и пассивный, когда в первом случае он полностью самостоятельно формирует иммунный ответ и иммунологическую память, а во втором — получает уже готовые антитела для защиты. Понятно, что второй путь легче и проще, но «память» о встрече с антигеном при нём не образуется. Подробнее мы обсудим этот вопрос в конце лекции, когда будем лучше представлять основные этапы иммунного ответа, а пока перейдём к ключевому понятию, важному для понимания сути иммунитета — антигенам и их взаимодействию с клетками и молекулами иммунной системы.

Раздел 2. Механизмы иммунного ответа

Антиген — это любая молекула, которую иммунная система распознаёт как чужеродную и, следовательно, стремится как можно скорее от неё избавиться. Чаще всего антигенами являются молекулы белков и полисахаридов.

Иногда чужеродная молекула должна сначала соединиться с каким-то собственным белком организма, чтобы стать полноценным антигеном. Такой «предантиген» называется гаптеном. Но всё таки самую резкую реакцию вызывают белки — т.е. они наиболее иммуногенные. Поэтому аллергия чаще всего развивается именно на белковые молекулы — белок куриного яйца, глютен пшеницы и т. п. И да, аллергия — это одно из проявлений иммунитета, а вызывающий аллергию антиген именуют аллергеном.

Болезнетворный микроорганизм целиком не является антигеном. Даже вирусы слишком крупные для этого, и иммунной системе сложно опознавать их «в лицо». Ей гораздо проще различать отдельные молекулы на поверхности этих «лиц». Помните, мы говорили, что вирус окружён белковым капсидом, а на бактериях присутствует липополисахарид, при этом то и другое — отличные, «сильные» антигены? Да и белковых частиц у бактерий тоже хватает: например, в составе жгутиков. Вот эти молекулы и опознаёт иммунная система. Только встаёт вопрос: как она это делает? Ведь глаз-то на иммунных клетках нет!

Если пользоваться образными сравнениями, то «слепые» клетки иммунной системы вынуждены в прямом смысле «нюхать» и «ощупывать» окружающее пространство в поисках антигенов. В помощь им существуют специальные молекулы, играющие роль «собак-поводырей», которые облепляют чужеродные частицы, помечая их для атакующих клеток, и облегчая фагоцитоз.

Также это можно сравнить с пограничной службой, где клетки — бойцы-пограничники, а молекулы гуморального звена — пограничные собаки, которые помогают искать и задерживать нарушителей, а если надо, могут и загрызть.

Такие молекулы-«поводыри» есть в системе как неспецифического иммунитета, так и адаптивного. И они чётко придерживаются «философии» своего звена: первые атакуют любые антигены подряд, вторые (к ним относятся антитела) — только те, против которых были специально синтезированы (продолжая аналогии с собачками, можно сказать, что они взяли след нарушителя, и никакие шальные кошки их на себя уже отвлечь не могут).

К первой группе таких молекул относятся:

— Дефензины — их выделяют кожа, лёгкие, слизистая ЖКТ,

— лизоцим или мурамидаза — фермент, расщепляющий пептидогликан* бактерий: содержится у человека в слюне, секретах слизистых, грудном молоке; у птиц — в белке яиц, поэтому фармацевтический лизоцим производят из белка куриного яйца,

* — о строении и функциях пептидогликана подробно будет рассказано в лекции, посвящённой строению бактериальной клетки

— компоненты комплемента — циркулируют в кровотоке, где в основном атакуют бактерии: могут делать это как самостоятельно, так и совместно с антителами (альтернативный и классический пути активации комплемента соответственно).

Не путайте комплЕмент и комплИмент — молекулы неспецифического иммунитета не имеют ничего общего с приятными словами, которыми вы желаете кого-то похвалить. «Комплементарность» означает соответствие чему-либо: молекулы комплемента соответствуют друг другу, т.е. подходят как детали пазла. И при активации они действительно самособираются, только не в красивую картинку, а в особую кольцевидную структуру — МАК (мембраноатакующий комплекс). Это «колечко» имеет свойство встраиваться во внешнюю и цитоплазматическую мембраны бактериальных клеток, играя роль поры, канала для воды. Попросту говоря, комплемент дырявит бактерии! Словно получившие заряд дроби, они теряют цитоплазму, не успевают откачивать лишнюю воду и, в конце концов, набухают и лопаются — лизируются.

Однако одни иммунные молекулы с защитой организма не справятся. Чаще всего они только метят обнаруженный патоген — опсонизируют его. Дальше в дело должны вступить клетки иммунитета. А как клеткам «нащупать» молекулу антигена на поверхности тех же бактерий и «услышать» антитела и компоненты комплемента? Они делают это с помощью специальных молекул, которые синтезируют на своей поверхности — чаще всего это опять таки белки. Такая структура опознаёт только определённую, отвечающую ей молекулу, и не реагирует на другие. То есть они специфичны друг к другу. Называется эта структура на поверхности клетки рецептором.

Само слово «рецептор» происходит от латинского «реципе» — возьми. Потому что молекула рецептора как бы берёт другую молекулу, и опознаёт её форму как знакомую или незнакомую, а знакома ей (специфична) только одна единственная форма. С этого же слова начинались старинные врачебные прописи лекарственных препаратов, которые составлялись вручную из нескольких компонентов. Древний врач писал древнему аптекарю: возьми то-то и то-то в таком-то количестве, смешай, подпиши, выдай больному. Со временем такие прописи стали называться хорошо знакомым нам словом «рецепт».

И именно на специфическом связывании антигенов и сигнальных молекул со своими рецепторами на поверхности клеток основан запуск почти всех иммунных механизмов (да и практического любого межклеточного взаимодействия в организме вообще).

Представим: человек получил глубокое ранение конечности садовым инструментом. В земле обитает немало спрообразующих бактерий, и к несчастью одна очень опасная — столбнячная палочка («клостридиум тетани») — попала несчастному в рану. В глубине раны её споры оказались в подходящих условиях (клостридия — типичный анаэроб, т.е. не нуждается в кислороде) и начали превращаться в делящиеся клетки. При этом они выделяют очень сильный токсин, вызывающий паралич мышц. В месте ранения и бактериального инфицирования часть клеток нашего организма погибла сразу, часть ещё держится, но оказалось под «атакой» патогена. И все они начинают, образно говоря, на разные голоса кричать об опасности: одни радируют: «SOS,» — другие отправляют в эфир последнее: «Умираю, но не сдаюсь». Только, естественно, делают они это не голосом, а на языке сигнальных молекул. Всё для того, чтобы предупредить соседние клетки и систему обороны организма о нападении неприятеля.

«Под раздачу» в месте проникновения бактерий попали и тучные клетки (тканевые базофилы) — эта группа лейкоцитов после образования в красном костном мозге мигрирует по кровотоку в ткани. Их цитоплазма набита гранулами таких веществ, как например, гистамин. При повреждении тучной клетки или под действием сигналов SOS от клеток-соседей, они выбрасывают содержимое гранул наружу. Гистамин очень вазоактивное вещество, но цветочные вазы здесь не при чём: «ваза» с латыни — это сосуд. Под влиянием гистамина кровеносные сосуды, окружающие место проникновения патогена и повреждения тканей, резко расширяются. Спокойный ток крови в них, когда форменные элементы в основном организованно движутся по центру сосуда, нарушается — клетки крови, в т.ч. лейкоциты, завихрениями потока откидывает к стенкам. Здесь их рецепторы «чувствуют» сигнальные молекулы погибающих клеток, и лейкоциты немедленно «вспоминают», что они не просто расслабленные путешественники, а на минуточку грозные защитники организма. И начинают цепляться за эндотелий сосудов, а зацепившись — протискиваются сквозь него в ткани и мигрируют к месту проникновения патогена.

Поскольку сосуды сильно расширены, то площадь контакта их внутренней стенки с кровью и давление самой крови увеличено, а стенка истончена: в результате количество просачивающейся в ткани жидкой части крови увеличивается — начинается отёк, сдавливаются болевые нервные рецепторы. Зато из плазмы теперь поступает гораздо больше защитных молекул (сначала неспецифических, а позже и антител). Из-за большого количества притекающей к очагу крови температура его локально повышается (это плохо для здоровых тканей, зато усиливает активность противомикробных ферментов). Естественно, что чем интенсивнее идёт процесс, тем сложнее поражённой части тела выполнять свои нормальные функции (попробуйте-ка сделать любое привычное действие руками, когда у вас палец распухший и болит).

Итак, поражённый участок тела покрасневший, опухший, горячий, болит и вообще мешает жить.

Соответствующее описание этой картины на латыни звучит как заклинание из Хогвардса: «рубор, тумор, калор, долор эт функцио леза».

Ничего не напоминает? Да, действительно — это признаки воспаления. Воспаление является самостоятельным защитным механизмом, включающимся в ответ на любое повреждение организма — травматическое, термическое и т. п. Но проникший в ткани микроб — тоже повреждающий фактор, поэтому воспаление здесь играет совместную роль с иммунитетом, органично дополняя и помогая ему.

Ну, а чем же, собственно, занят сам иммунитет? Да вон: вылезшие из крови специализированные лейкоциты, наконец, добрались до творящих беспредел клостридий и уже намыливают им шею. В основном они представлены двумя группами клеток: нейтрофилами и макрофагами. Если вы играли в классические RPG, подразумевающие классы персонажей, то нейтрофилы здесь — класс «вор», а макрофаги — «воины». Первые — тихие, но быстрые убийцы: расставляют ловушки, выделяют токсичные для микроорганизма вещества (в основном ферменты и активные формы кислорода — свободные радикалы). Вторые идут на патоген в лобовую атаку, обволакивают, словно амёбы, своими псевдоподиями, поглощают и переваривают. Опять таки: находят они своих жертв в тканях за счёт рецепторов, опознающих патоген. Против бактерий, например, в основном работают Toll-рецепторы. Против грибов — маннан-связывающий лектин. Только не путайтесь — рецепторы хоть и опознают антигены специфически, но до сих пор в деле был неспецифический, врождённый иммунитет — он работает против патогенов вообще, не отличая, скажем золотистый стафилококк от пиогенного стрептококка. Помимо уничтожения патогена, макрофаги расчищают «поле битвы» от любого «мусора»: остатков погибших клеток организма, обломков убитых комплементом бактерий и прочего. Безжалостные чистюли, однако!

Нейтрофилы мигрируют в очаг воспаления по потребности, и поскольку эта потребность при инфицировании увеличивается, мы можем зафиксировать рост числа нейтрофилов в крови (см. дополнительный материал о лейкоформуле крови). Вместе с тем растёт и число моноцитов — так они называются в крови, а оказавшись в тканях, становятся теми самыми макрофагами. В отличие от нейтрофилов, «дежурные» клетки моноцит-макрофагальной системы присутствуют в тканях всегда: на «первой линии обороны» организма — в коже, печени, лёгких, лимфоидной ткани и т. д. В ходе иммунной реакции они только получают из «депо» и центральных иммунных органов «подкрепление».

Особую группу клеток с макрофагальными способностями составляют дендритные клетки. Эти не только кровожадные, но ещё и крайне любопытные (маньяки, право слово!) — не просто пожирают обнаруженный патоген, но расщепив его в своих пищеварительных вакуолях на составные части, начинают их «коллекционировать» и даже хвастаться («лучшая и самая полная коллекция внутренностей ужасного золотистого стафилококка», — бррр, ну и фразочка). А также путешествуют со своими коллекциями на «выставки». Эти образные сравнения — далеко не шутка! Дендритные клетки ещё называют антигенпрезентирующими, то есть представляющими, показывающими антиген другим клеткам. Для чего? Для запуска второго звена иммунитета — адаптивного, до которого мы только сейчас добрались.

Расщепив патоген на отдельные антигены, дендритная клетка выставляет их на своей мембране, но не просто так, а на «стенде» из специальной молекулы — главного комплекса гистосовместимости 2-го типа (ГКГ-II, в англоязычном варианте — MHC-II). Каким бы зубодробительным вам не казалось это название, запомните его — оно ещё понадобится.

Увешанная антигенами в комплексе с ГКГ-II дендритная клетка (увешанный чужими внутренностями макрофаг — картинка, достойная хоррора) немедленно отправляется по лимфатическим сосудам из очага воспаления в ближайший лимфатический узел. Лимфоузлы наполнены Т- и В-лимфоцитами. Именно Т-лимфоциты являются теми «ценителями экзотики», которым антигенпрезентирующие клетки стремятся показать комплекс антигена с ГКГ-II.

В дополнительном материале об органах иммунной системы написано, как происходит созревание Т-лимфоцитов в тимусе, прежде чем уже «обученными» они придут на «дежурство» в лимфоузлы. В-лифоциты из красного костного мозга (у новорождённых — ещё и из печени) тоже проходят подобное «обучение». В результате один лимфоцит способен специфически «узнавать» при помощи рецепторов на своей поверхности только один какой-либо антиген. Но в целом вся популяция лимфоцитов способна опознать абсолютно любой антиген, даже такой, которого ещё нет в природе! Как это происходит, мы сейчас обсуждать не будем, просто запомните, что в популяции лимфоцитов вашего организма обязательно найдётся хотя бы несколько клеток, способных опознать попавший в организм антиген — как существующий, так и потенциальный.

Задача дендритных клеток — разыскать в лимфоузле такие Т-лимфоциты, рецепторы которых подходят именно к обнаруженному ими антигену. Для этого они раскидывают свои напоминающие ветки дерева отростки (лат. «дендрит» — древовидный), стремясь презентовать комплекс Аг-ГКГ-II как можно большему числу потенциальных «зрителей».

В отличие от рецепторов к антигену, молекулы ГКГ как 1-го, так и 2-го типов одинаковые абсолютно во всём организме. Но при этом уникальные — у каждого человека свои. Это обстоятельство, кстати, мешает проводить трансплантацию органов и тканей: иммунитет мгновенно опознаёт палец Миши, пришитый Васе на место утраченного, по молекулам ГКГ 1-го типа, и начинает отторгать — начинается особая иммунная реакция «хозяин против трансплантата». Молекула ГКГ-II нужна антигенпрезентирующим клеткам, чтобы взаимодействующие с ними лимфоциты чётко «понимали», на что обращать внимание, а что игнорировать, не тратя попусту время и энергию. У кого-то ГКГ-II лучше выполняет эту функцию, у кого-то хуже. Образно можно сказать, что чем лучше дендритная или другая презентирующая антигены клетка «оформила стенд» с ними, тем быстрее на неё обратит внимание Т-лимфоцит, тем лучше и быстрее произойдёт активация адаптивного иммунитета. Этим объясняется то обстоятельство, что кто-то легко «хватает» те или иные инфекции, а кто-то почти невосприимчив.

Как только нужное взаимодействие произошло, Т-лимфоцит активируется и запускает несколько реакций. Во-первых, он начинается размножаться (пролиферировать). Поскольку размножение идёт по принципу клонирования, т.е. получения точных копий, то весь получившийся пул имеет аналогичные рецепторы к обнаруженному антигену. Во-вторых, происходит дифференциация Т-лимфоцитов: одни из них превращаются

— в цитотоксические клетки — образно говоря, берут в руки оружие и мобилизуются для борьбы с микробом в тканях;

вторые становятся

— Т-хэлперами — это условные «командиры», организующие и усиливающие действия других иммунных клеток, в частности В-лимфоцитов и нейтрофилов,

третьи —

— Т-супрессорами, задача которых вовремя остановить раздухарившихся нейтрофилов и макрофагов, когда с патогеном будет покончено, чтобы они не натворили бед в и без того повреждённых тканях;

ну а самые хитрые просто «засыпают», превращаясь в

— Т-клетки памяти.