Холера: патогенез
Холера, по сути дела, представляет собой пищевую токсикоинфекцию . Характерный для нее водянистый понос обусловлен действием холерного токсина - мощного белкового энтеротоксина, который Vibrio cholerae вырабатывает в тонкой кишке. Однако, чтобы возбудитель заселил тонкую кишку и начал вырабатывать токсин, он должен преодолеть ряд защитных барьеров макроорганизма.
Первый из них - кислая среда желудка. Наследственной кислотоустойчивостью, которая есть у Shigella spp. , Vibrio cholerae не обладает. Однако при попадании в желудок большого количества возбудителей часть из них избегает бактерицидного действия соляной кислоты.
Следующий барьер - слой слизи на внутренней поверхности тощей кишки. Преодолению этого барьера способствуют свойственная Vibrio cholerae подвижность, способность к хемотаксису и образованию гемагглютинина-протеазы. Это вещество, которое раньше называли холерным лектином, очень близко к эластазе Pseudomonas aeruginosa . Оно одновременно является агглютинином и цинкзависимой протеазой. Гемагглютинин-протеаза расщепляет муцин, фибронектин, а также субъединицу A холерного токсина . Кроме того, он, по-видимому, отщепляет вибрионы от поверхности слизистой тонкой кишки, способствуя их распространению по кишечнику и выделению с калом. Преодолев кислое содержимое желудка и слой слизи на внутренней поверхности тонкой кишки, вибрионы наконец прикрепляются к ее слизистой посредством токсин- корегулируемых фимбрий . Они названы так потому, что их образование регулируется тем же белком, что и выработка холерного токсина .
Образование холерного токсина , токсин-корегулируемых фимбрий и других факторов вирулентности, в том числе вспомогательного фактора колонизации и разных гемагглютининов, регулирует белок, кодируемый геном toxR . Этот белок работает как переключатель, изменяя в зависимости от внешних условий экспрессию генов, кодирующих факторы вирулентности.
Из этих условий наиболее важные, по крайней мере in vitro, - изменения осмоляльности и рН и наличие в среде некоторых аминокислот. Такая регуляция дает Vibrio cholerae возможность изменять набор синтезируемых белков соответственно меняющимся при переходе из одной среды в другую потребностям.
Она свойственна многим патогенным бактериям.
Молекула холерного токсина (холерогена) состоит из двух частей: субъединицы A, обладающей ферментативной активностью, и субъединицы В, состоящей из 5 одинаковых пептидов и обеспечивающей связывание токсина с ганглиозидом GM1 - рецептором на поверхности энтероцитов тощей кишки. Связывание холерного токсина с рецептором обеспечивает проникновение субъединицы A (точнее - ее активного фрагмента A,) в цитоплазму энтероцита. Там она катализирует перенос АДФ-рибозильной группы с НАД на альфаS-субъединицу G-белка , активирующего аденилатциклазу. В результате происходит необратимая активация аденилатциклазы и в энтероцитах накапливается большое количество цАМФ. Последний подавляет всасывание Na+ клетками ворсинок и усиливает экскрецию отрицательных ионов хлора клетками крипт, что приводит к увеличению концентрации хлористого натрия в просвете тонкой кишки. По осмотическому градиенту туда начинает поступать вода, и в кишечнике накапливается изотоническая жидкость. Когда ее объем превышает способность кишечника к всасыванию, начинается водянистый понос . Если потеря воды и электролитов не восполняется, развивается тяжелое обезвоживание , шок (из-за гиповолемии ) и ацидоз (из-за потери бикарбоната).
Холерный токсин усиливает секрецию жидкости не только посредством изменения активности аденилатциклазы. По последним данным, он действует также на обмен простагландинов и гистаминергическую передачу . По- видимому, причиной характерного для холеры профузного поноса и глубокого обезвоживания является активация холерным токсином многих секреторных механизмов.
Гены, кодирующие холерный токсин (ctxAB), располагаются на участке хромосомной ДНК длиной в 7000-9700 нуклеотидов. Этот участок называют элементом CTX . У нетоксигенных штаммов элемент СТХ отсутствует. Кроме ctxAB здесь расположены открытые рамки считывания еще как минимум четырех генов: гена cep , кодирующего сердцевинный пилин, гена orfU , кодирующего белок с неизвестной функцией, гена ace , кодирующего добавочный холерный энтеротоксин, и гена zot , кодирующего токсин, который действует на zonula occludens .
Структура элемента СТХ и его неспособность к самостоятельной репликации in vitro давали основания считать его транспозоном. Однако недавно было окончательно установлено, что он представляет собой не транспозон, а бактериофаг фи , вызывающий лизогенную конверсию Vibrio cholerae .
Белки, кодируемые генами cep , orfU , ace и zot , которые раньше расценивались как вспомогательные факторы вирулентности, участвуют в сборке бактериофага фи .
Рецепторами бактериофага фи на поверхности Vibrio cholerae являются токсин-корегулируемые фимбрии. Соответственно, при высокой экспрессии последних передача бактериофага фи происходит активнее, чем при низкой. Усиленная передача бактериофага фи была продемонстрирована на зараженных Vibrio cholerae мышах. Эта работа представила четкие генетические доказательства экспрессии токсин-корегулируемых фимбрии in vivo и показала, что поведение Vibrio cholerae в значительной степени определяется изменениями окружающей среды.
Существование бактериофага фи означает, что у Vibrio cholerae имеет место горизонтальный перенос генов вирулентности, с которым может быть связано возникновение новых вирулентных серогрупп. Неизвестно, способен ли бактериофаг фи передаваться аттенуированным вакцинным штаммам. Вакцинный штамм, которым пользуются в настоящее время, прошел все этапы клинических испытаний и доказал свою безопасность.
Изучение Vibrio cholerae серогруппы 0139 позволило установить его происхождение и причины, по которым он способен вызывать взрывоподобные эпидемии. Как фенотипически, так и генотипически Vibrio cholerae серогруппы 0139 очень близок к возбудителю седьмой пандемии холеры - Vibrio cholerae биотипа Эль-Тор. Очевидно, Vibrio cholerae серогруппы 0139 возник из биотипа Эль-Тор в результате горизонтального переноса генов; он обладает всеми факторами вирулентности Vibrio cholerae серогруппы О1, в том числе элементом СТХ , токсин-корегулируемыми фимбриями и геном toxR . От Vibrio cholerae биотипа Эль-Тор его отличают всего лишь два признака: новый липополисахаридный антиген 0139 и иммунологически сходная с ним полисахаридная капсула. Показано, что оба эти фактора вирулентности независимо друг от друга облегчают заселение тонкой кишки Vibrio cholerae у мышей. Способность к выработке липополисахарида О139 обусловлена заменой центральной части локуса, кодирующего антиген О1, на сегмент ДНК длиной 11000 нуклеотидов, который содержит гены липополисахарида 0139. По крайней мере один из этих генов ответственен и за образование капсулы. Vibrio cholerae серогруппы О1 неинкапсулирован. Vibrio cholerae серогруппы 0139 благодаря капсуле устойчив к бактерицидному действию человеческой сыворотки и может вызывать бактериемию.
