К вопросу изменчивости биологических характеристик классических вариантов возбудителей инфекционных заболеваний

Микробы обладают большой приспособляемостью к внешним условиям и изменчивостью биологических свойств, которая выражается непостоянством формы, величины, культуральных, ферментативных реакций. Изменчивость – это приобретение признаков под влиянием различных факторов, отличающих их от предыдущих поколений. Поэтому изучение вопросов изменчивости имеет теоретическое и практическое значение. С ней связано происхождение патогенных микробов из сапрофитов и наоборот. Такие изменения наблюдаются и в естественных условиях жизни микробов, но могут быть вызваны и искусственно.

В связи с этим нами был проведен литературный обзор по изменчивости биологических характеристик некоторых микробных культур.

Патогенные кокки относятся к классу Schysamicetes, отряду Eubacteriales, семействам Micrococcaceae и Streptococcaceae, родам Staphylococcus и Streptococcus. Они широко распространены в природе, обитают на кожном покрове и слизистых оболочках дыхательных путей, пищеварительных и половых органов животных.

Стафилококки часто вызывают мастит, послеродовой эндометрит у коров, пневмонию, септицемию, абсцессы, флегмоны, артриты, гнойное воспаление ран. Различают следующие виды: Staphylococcus aureus, St. epidermidis, St. saprophyticus. Из трех видов патогенным является St. aureus.

Клетки стафилококков грамположительные, сферической формы, диаметром 0,5–1 мкм, располагаются в виде скоплений неправильной формы, а также единично, парами и цепочками из трех-четырех клеток, спор нет, вирулентные штаммы могут образовывать капсулу.

По данным А.К. Акатова, морфология стафилококков в процессе приобретения устойчивости к антибиотикам меняется [14]. Также происходит изменение окраски по Граму. Грамположительные клетки имеют тенденцию к объединению в конгломераты. Долгое время стафилококки характеризовались как микроорганизмы, лишенные способности образовывать капсулу. В настоящее время морфологическая характеристи- ка носит противоречивый характер, в связи с чем возникли разногласия по вопросу о том, какие штаммы стафилококков можно считать капсульными [16]. Установлено, что антибиотики в разных концентрациях (12,5; 25 и 100 мкг/мл) вызывают изменчивость клеток в виде гетероморфного роста с различной глубиной L-трансформации. Последняя сопровождается характерными морфологическими изменениями структуры клеток – сферопластного и протопластного типов, нитевидными структурами, мелкими L-формами и ревертан-тами [9].

При приобретении ими устойчивости к антибиотикам мицерину и аурантину золотистый пигмент при росте на МПА переходит в белый, а у всех стрептомициноустойчивых штаммов стафилококков, наоборот, происходит значительное пигментообразование. Особенно отчетливо наблюдается в культурах, выращиваемых на агаре, содержащем 10 мл молочного обрата, а также на картофеле в аэробных условиях при рассеянном свете. Весьма устойчивы стафилококки к антибиотикам, особенно пенициллину, стрептомицину [17] и тетрациклину [19], также к сульфаниламидным препаратам. Токсинообразующая способность выражена по-разному: одни штаммы являются высокотоксигенными, у других токсинообразующая способность выражена слабее, у третьих совсем отсутствует [8].

У устойчивых к антибиотикам культур происходит снижение ферментативных свойств, чем обусловлено их свойство разжижать желатин и свертывать кровяную сыворотку. Также происходит ослабление способности гемолизировать кроличьи эритроциты и коагулировать цитратную кроличью плазму. Фибринолитическая способность этих культур либо слабо проявляется, либо совсем отсутствует.

Стрептококки – возбудители специфических заболеваний – мастита, мыта, а также неспецифических нагноительных заболеваний. Различают следующие виды кокков: Streptococcus agalactiae, Str. egui, Str.pyogenes, Str. Pneumoniae.

Штаммы разных серогрупп имеют некоторые отличия в ферментации сахаров. Так, серогруппы В сбраживают глицерол, и, наоборот, серогруппы A, G, E и W этого не делают. Отличительным признаком се-рогруппы G служит ферментация инулина. Стрептококки серогруппы W растут на средах с содержанием 6,5 % NaCl. Серогруппа Е ферментирует сорбит и индефферентна к гиппурату натрия.

Происходит возрастание резистентности изолятов Str. Suis на протяжении 15 лет к 2 антимикробным средствам – тилозину и тетрациклину – наиболее часто используемым в свиноводстве [15].

Род эшерихии представлен основным видом – Еscherichia coli – кишечная палочка, которая вызывает весьма распространенную болезнь у новорожденных домашних животных, иногда у птенцов и эмбрионов птиц. Обнаруживают ее в почве, воде и на различных предметах.

При воздействии колифагом на типичный штамм кишечной палочки получены культуры, образующие оранжево-желтый, зеленый и светло-желтый пигменты, а также беспигментный, биохимически неактивный штамм. Для беспигментного варианта наиболее характерны очень крупные размеры клеток и необычные их формы. Клетки лишены подвижности в отличие от культур с зеленым пигментом. Некоторые образуют легко обнаруживаемую капсулу.

Оранжево-желтый вариант идентичен типичной кишечной палочке по основным биохимическим признакам, отличаясь от нее пигментообразованием. Пигмент не всегда достаточно выражен. Отличия культур с зеленым пигментом более глубоки. Они образуют пигмент, диффундирующий в среду, флюоресцирующий. Он не обнаруживается при нейтральной реакции среды. Повышение щелочности среды до рН =8 способствует окрашиванию и пышному росту культуры. Культуры аэрофильны. Светло-желтый вариант образует слабозаметный пигмент, не диффундирующий в среду. Беспигментный вариант при частых пересевах культур клетки приобретает типичную форму или приближается к ней. Культуры образуют помимо обычных очень мелкие колонии, при отсеве которых или не происходит рост, или он очень скуден, аэрофилен.

Культуры с зеленым пигментом на обычном пестром ряду расщепляют глюкозу без образования газа, медленно пептонизируют молоко. Непостоянно и медленно ими ферментируются манит и галактоза. Культуры агглютинируются дизентерийной сывороткой Флекснера от 1/ 15 до 2 / 3 титра. Отдельные культуры при пассажах на сывороточном бульоне или при проведении через белую мышь приближались к типичной кишечной палочке или превращались в нее. Культура светло-желтого варианта медленно расщепляет глюкозу и мальтозу без образования газа, молоко окрашивается в желтый цвет. Беспигментный вариант не изменяет сред пестрого ряда, аэрофилен. Так, рост зависящих от стрептомицина штаммов кишечной палочки на питательном бульоне повышается в присутствии хлористого натрия. Резистентный штамм растет при всех концентрациях стрептомицина так же хорошо, как и в среде без стрептомицина. Следует допустить возможность, что этот род включает в себя виды, возникшие из кишечной палочки под влиянием бактериофага и превратившиеся из комменсала макроорганизма в сапрофитические микробы внешней среды [15]. Наличие у микроорганизмов систем антиоксидатной защиты делает возможным их выживание в условиях перекисного окисления, вызванного продукцией активных форм кислорода клетками иммунитета или нормальной микрофлорой. И в результате роста на средах с пониженным содержанием железа клетки Е. сoli обладают низкой устойчивостью к пероксиду водорода и снижают своими метаболитами, выделенными во внешнюю среду, устойчивость к перекиси других бактерий, выращенных на средах с нормальным содержанием ионов железа [13].

Изменчивость бактерий кишечной группы в воде. Изучаемая группа нетипичных бактерий характеризуется пониженным температурным оптимумом роста (+25º, +30ºС), способностью к росту на цитратных синтетических средах, утратой вирулентности для мышей. Все эти культуры обладают выраженной повышенной аэробностью. По сравнению с исходными штаммами, каталазной активностью в обычно принятых для идентификации в «цветных рядах» данные микробы ферментируют только глюкозу. При этом удается отметить ясно выраженное изменение у них типа углеводного обмена – снижение кислотообразования в ходе превращения глюкозы (в частности, прекращение выделения молочной кислоты), снижение активности фермента альдолазы, резкое преобладание аэробного разложения углевода над процессом анаэробного гликолиза. Можно сделать предположение о снижении у них декарбоксилазной активности. Характерным для всех нетипичных культур является исчезновение пятна аргинина в щелочной среде [2].

Изменчивость кишечной палочки в лабораторных опытах направленного действия . Очевидно, в процессе ассимиляции кишечной палочкой в новых условиях среды происходит расшатывание наследственности, уже в начале опытов появляются вполне определенные морфологические изменения у бактерий и их колоний. Изменение наследственности у кишечной палочки происходит как под влиянием среды, в составе которой находились убитые бактерии Исаченко, так и от воздействия на одних только стерильных субстратах из органов и тканей серой крысы. Полученные бактерии занимают промежуточное положение между бактериями Мережковского и Исаченко [11]. Изменяя условия культивирования, можно изменить их типовую специфичность. Так, по данным Ф.Т. Гринбаума [3], кишечная палочка, культивируемая в среде, содержащей 5 % хлористого натрия, потеряла способность ферментировать лактозу и манит, образовывать индол, но она приобрела способность разжижать желатину. Интересно то, что измененная таким образом палочка приспособилась к высокой концентрации хлористого натрия, перестала расти на обычном бульоне (с 0,5 % NaCl). По некоторым данным, в лабораторной практике часто встречаются атипичные культуры [7]. По данным автора, изменчивость наблюдается и в сапропелевой грязи озера Акачкульпо. Лечебная грязь оказывает изменение на обмен веществ и даже может привести к полной гибели, утрачивается способность сбраживать лактозу и глюкозу, давать положительную реакцию с метиловой красной. Также наблюдалось значительное ослабление окрашиваемости бактерийных клеток и резкое уменьшение их количества, иногда наблюдалось появление нитевидных форм [12].

Оказывается, что тетрациклин – чувствительный штамм с двойной мутацией генов (ген дельта суа и дельта CarA) – имеет низкую скорость роста, мелкие колонии, низкий уровень ферментации и не обладает реверсибельностью. При подкожном введении однодневным цыплятам около 500 млн микробных клеток гибель наступает у 60 % [20].

Род Salmonella – паратифозные бактерии. Сальмонеллезы относятся к инфекциям с глобальным распространением и ущербом. Это связано с широкой циркуляцией в природе, полиэтилогичностью, селекцией и циркуляцией штаммов, несущих R-формы, сформировавшиеся под влиянием антибиотиков и химиопрепаратов [1]. В настоящее время насчитывается более 1500 вариантов сальмонелл, различающихся по антигенной структуре и ферментативной активности.

Изучены жизнеспособные формы несбалансированного роста сальмонелл. В первые сутки культивирования в среде с LiCl в концентрации 1,0 и 1,5 М обнаруживается значительный полиморфизм культуры, характеризующийся появлением неподвижных палочковидных форм, резко увеличенных, круглой или неправильной формы клеток типа сферопластов, протопластов или шаров. На МПБ на дне пробирки наблюдали образования слизистого осадка. При последующем пассировании культуры на среду с LiCl преобладали L-подобные клетки, палочковидных клеток почти не было. В среде без LiCl наблюдается реверсия [6].

Культура S. abortus ovis при длительном хранении на полужидком агаре с 0,01–0,1–0,3 % сернокислого кобальта при 0–4° и рН 7,2–7,4 выживает без пересевов до 8 месяцев (срок наблюдения), снижается вирулентность в 20–25 раз, сохраняется иммуногенность, особенно сильная изменчивость S. abortus ovis наблюдается при длительном культивировании в сывороточном МПБ с 0,01–0,1–0,3 % концентрации сернокислого кобальта. При выращивании в термостате при температуре 37–38°С в течение 45–60 дней утрачивается подвижность, происходят некоторые изменения морфологических, культурально-биохимических свойств, вирулентность снижалась в 40 раз с сохранением иммуногенных свойств [4].

Практически все штаммы имеют сходный спектр резистентности [10]. Понижение температуры до 4ºС приводит к удлинению сроков выживания, а действие солнечной радиации, наоборот, их снижает . Выход микробной массы и экономический коэффициент роста культур возбудителя в 5–7 раз выше при низкотемпературном культивировании, чем при 37ºС [18]. Для сальмонелл оптимум рН лежит в пределах 5,0–8,5 [21].

Установлено, что сальмонеллы в воде на стадии L-трансформации представлены клетками сферо-пластного типа различной величины и мелкими клетками – L-формами, объединенными в популяции чехлами, выполняющими защитную роль от воздействия неблагоприятных факторов. Наблюдалась корреляция между морфологическими изменениями клеток сальмонелл и изменением их биохимических свойств по ряду ферментов, участвующих в утилизации таких субстратов, как инозит, рамноза, цитрат натрия и цистеин. Изучение биохимических свойств популяции сальмонелл в воде, как в эксперименте, так и у выделенных из проб поверхностного водоема, показало, что ферментативная активность в отношении глюкозы, арабинозы и ксилозы оставалась стабильно положительной, что свидетельствовало о важной роли этих ферментов в жизненном цикле популяций сальмонелл в водной среде [5].

Таким образом, из анализа литературного материала следует, что механизмы, обеспечивающие устойчивость микроорганизмов во внешней среде, многообразны, сложны и взаимосвязаны, способствуют длительному их существованию во внешней среде. Гетерогенность микроорганизмов по вирулентности и антигенной структуре обеспечивает их адаптацию к различным и меняющимся условиям окружающей среды и обуславливает сапрофитическую фазу их существования в межэпизоотические периоды.

Анализ изменений биологических свойств разных видов микробов позволяет сделать заключение, что генетически предопределенная изменчивость реализуется при изменении условий их существования. Широкое использование антибиотиков, ярко выраженная способность некоторых микробов к генетическому обмену приводят к изменчивости их биологических свойств и формированию толерантности к неблагоприятным условиям окружающей среды. Изменения выражаются в увеличении резистентности к антибактериальным препаратам и антропогенным факторам загрязнения окружающей среды, в снижении степени патогенности, придают возбудителям преимущества для широкого распространения и отражаются на этиологической структуре заболеваний и особенностях эпизоотического процесса.