Что такое вирулентность микроорганизмов в микробиологии
Что такое вирулентность микроорганизмов в микробиологии
Вирулентность [от лат. virulentus, ядовитый] отражает степень патогенности различных изолятов или штаммов конкретного патогенного вида.
Критерии вирулентности
К критериям, определяющим вирулентность микроорганизмов, относят инфекционность, способность к колонизации, инвазивность, токсигенность и способность к длительному персистированию. С известным допущением столь внушительный набор факторов, определяющих вирулентность, можно расценивать как «ответ» инфекционного агента на многообразие защитных механизмов организма хозяина.
Инфекционность — собственно способность заражать макроорганизм. Способность к колонизации — свойство заселять очаги первичного инфицирования. Инвазивность — способность проникать в ткани, лежащие за пределами входных ворот инфекции, и размножаться в них.
Токсигенность — способность образовывать ядовитые вещества, вызывающие болезнетворное действие.
Способность к персистированию — свойство длительно циркулировать либо сохраняться в I определённом очаге, что обусловлено способностью долгое время противодействовать влия- 1 нию защитных факторов макроорганизма.
Летальная доза ( DL, LD )
За единицу измерения вирулентности принята летальная доза (DL, от лат. dosis fetalis) — наименьшее количество патогенных микроорганизмов или токсина, способное вызвать гибель определённого количества лабораторных животных. На практике применяют несколько производных от величин DL.
DCL (dosis certe fetalis) — количество микробов или токсина, вызывающее гибель 100% лабораторных животных.
LD50 — количество патогенных микроорганизмов, способное вызывать гибель 50% экспериментально заражённых лабораторных животных. Применяют также величины LD70, LD75, LD90 и т.д.
Инфицирующая доза ( ID )
Инфицирующая доза (ID [от англ. infectious dose]) — минимальное количество патогенных микроорганизмов, способное вызвать развитие заболевания у определённого количества лабораторных животных. По аналогии с летальным эффектом определяют ID100, ID50 и т.д.
Что такое вирулентность микроорганизмов в микробиологии
35 Патогенность и вирулентность бактерий. Патогенные, условно-патогенные и сапрофитные микроорганизмы. Факторы патогенности.
Среди бактерий по способности вызывать заболевание выделяют:
Патогенные виды потенциально способны вызывать инфекционное заболевание.
Патогенность – это способность микроорганизмов, попадая в организм, вызывать в его тканях и органах патологические изменения. Это качественный видовой признак, детерминированный генами патогенности – вирулонами. Они могут локализоваться в хромосомах, плазмидах, транспозонах.
Условно-патогенные бактерии могут вызывать инфекционное заболевание при снижении защитных сил организма.
Сапрофитные б актерии никогда не вызывают заболевания, так как они не способны размножаться в тканях макроорганизма.
Реализация патогенности идет через вирулентность – это способность микроорганизма проникать в макроорганизм, размножаться в нем и подавлять его защитные свойства.
Это штаммовый признак, он поддается количественной характеристике. Вирулентность – фенотипическое проявление патогенности.
Количественными характеристиками вирулентности являются:
1) DLM (минимальная летальная доза) – это количество бактерий, при введении которых соответствующим путем в организм лабораторных животных получают 95–98 % гибели животных в эксперименте;
2) LD 50 – это количество бактерий, вызывающее гибель 50 % животных в эксперименте;
3) DCL (смертельная доза) вызывает 100 %-ную гибель животных в эксперименте.
К факторам вирулентности относят:
1) адгезию – способность бактерий прикрепляться к эпителиальным клеткам. Факторами адгезии являются реснички адгезии, адгезивные белки, липополисахариды у грамотрицательных бактерий, тейхоевые кислоты у грамположительных бактерий, у вирусов – специфические структуры белковой или полисахаридной природы;
2) колонизацию – способность размножаться на поверхности клеток, что ведет к накоплению бактерий;
3) пенетрацию – способность проникать в клетки;
4) инвазию – способность проникать в подлежащие ткани. Эта способность связана с продукцией таких ферментов, как гиалуронидаза и нейраминидаза;
5) агрессию – способность противостоять факторам неспецифической и иммунной защиты организма.
Патогенность — видовой признак, передающийся по наследству, закрепленный в геноме микроорганизма, в процессе эволюции паразита, т. е. это генотипический признак, отражающий потенциальную возможность микроорганизма проникать в макроорганизм (инфективность) и размножаться в нем (инвазионность), вызывать комплекс патологических процессов, возникающих при заболевании.
Фенотипическим признаком патогенного микроорганизма является его вирулентность, т.е. свойство штамма, которое проявляется в определенных условиях (при изменчивости микроорганизмов, изменении восприимчивости макроорганизма и т.д.). Вирулентность можно повышать, понижать, измерять, т.е. она является мерой патогенности. Количественные показатели вирулентности могут быть выражены в DLM (минимальная летальная доза), DL« (доза, вызывающая гибель 50 % экспериментальных животных). При этом учитывают вид животных, пол, массу тела, способ заражения, срок гибели.
К факторам патогенности относят способность микроорганизмов прикрепляться к клеткам (адгезия), размещаться на их поверхности (колонизация), проникать в клетки (инвазия) и противостоять факторам защиты организма (агрессия).
Адгезия является пусковым механизмом инфекционного процесса. Под адгезией понимают способность микроорганизма адсорбироваться на чувствительных клетках с последующей колонизацией. Структуры, ответственные за связывание микроорганизма с клеткой называются адгезинами и располагаются они на его поверхности.
На процесс адгезии могут влиять физико-химические механизмы, связанные с гидрофобностью микробных клеток, суммой энергии притяжения и отталкивания. У грамотрицательных бактерий адгезия происходит за счет пилей I и общего типов. У грамположительных бактерий адгезины представляют собой белки и тейхоевые кислоты клеточной стенки. У других микроорганизмов эту функцию выполняют различные структуры клеточной системы: поверхностные белки, липополисахариды, и др.
К факторам агрессии относятся:
Гиалуропидаза. Действие этого фермента в основном сводится к повышению проницаемости тканей. Кожа, подкожная клетчатка и межмышечная клетчатка содержат мукополисахариды и гиа-луроновую кислоту, которые замедляют проникновение через эти ткани чужеродных веществ, даже в жидком состоянии. Гиалу-ронидаза способна расщеплять мукополисахариды и гиалуроновую кислоту, в результате чего повышается проницаемость тканей и микроорганизм свободно продвигается вглубьлежащие ткани и органы животного организма. Синтезируют этот фермент бру-целлы, гемолитические стрептококки, клостридии и другие микроорганизмы.
Фибринолизии. Некоторые штаммы гемолитического стрептококка, стафилококков, иерсиний синтезируют фибринолизин, который разжижает плотные сгустки крови (фибрин). Гиалуронидаза и фибринолизин увеличивают способность патогенных микробов генерализировать процесс и устраняют химико-механическис препятствия на пути внедрения микробов в глубь тканей.
Нейрамипидаза отщепляет от различных углеводов связанные с ними гликозидной связью концевые сиаловыс кислоты, которые деполимеризуют соответствующие поверхностные структуры эпителиальных и других клеток организма, разжижают носовой секрет и муцинозный слой кишечника. Синтезируется она пастсреллами, иерсиниями, некоторыми клостридиями, стрепто-, диплококками, вибрионами др.
ДНК-азы (дезоксирибонуклеаза) деполимеризуют нуклеиновую кислоту, обычно появляющуюся при разрушении лейкоцитов в воспалительном очаге на месте внедрения микробов. Продуцируется фермент стафилококками, стрептококками, клостридиями и некоторыми другими микробами.
Коллагеназа гидролизует входящие в состав коллагена, желатина и других соединений пептиды, содержащие пролин. В результате расщепления коллагеновых структур наступает расплавление
Коагулаза. Цитратная или оксалатная кровяная плазма человека и животных быстро свертывается вирулентными штаммами золотистого стафилококка, таким же свойством обладают некоторые штаммы кишечной палочки и сенной бациллы. Свертывание цитратной или оксалатной крови происходит вследствие выработки перечисленными микроорганизмами фермента коагулазы.
Патогенность может быть связана и с другими ферментами микроорганизмов, при этом они действуют как местно, так и генерализовано.
Важную роль в развитии инфекционного процесса играют токсины. По биологическим свойствам бактериальные токсины делятся на экзотоксины и эндотоксины.
Экзотоксины продуцируют как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. По своей химической структуре это белки. По механизму действия экзотоксина на клетку различают несколько типов: цитотоксины, мембранотоксины, функциональные блокаторы, эксфолианты и эритрогемины.
Механизм действия белковых токсинов сводится к повреждению жизненно важных процессов в клетке: повышение проницаемости мембран, блокады синтеза белка и других биохимических процессов в клетке или нарушении взаимодействия и взаимокоординации между клетками.
Экзотоксины являются сильными антигенами, которые и продуцируют образование в организме антитоксинов. Экзотоксины обладают высокой токсичностью. Под воздействием формалина и температуры экзотоксины утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенное свойство. Такие токсины получили название анатоксины и применяются для профилактики заболевания столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также используются в виде антигенов для иммунизации животных с целью получения анатоксических сывороток.
Эндотоксины по своей химической структуре являются липополисахаридами, которые содержатся в клеточной стенке грамотрицательных бактерий и выделяются в окружающую среду при лизисе бактерий.
Эндотоксины не обладают специфичностью, термостабильны, менее токсичны, обладают слабой иммуногенностью. При поступлении в организм больших доз эндотоксины угнетают фагоцитоз, гранулоцитоз, моноцитоз, увеличивают проницаемость капилляров, оказывают разрушающее действие на клетки. Микробные липополисахариды разрушают лейкоциты крови, вызывают дегрануляцию тучных клеток с выделением вазодилататоров, активируют фактор Хагемана, что приводит к лейкопении, гипертермии, гипотонии, ацидозу, дессиминированной внутрисосудистой коагуляции (ДВК).
Эндотоксины стимулируют синтез интерферонов, активируют систему комплемента по классическому пути, обладают аллергическими свойствами.
Вирулентность
Вируле́нтность (от лат. Virulentus — ядовитый) — степень способности данного инфекционного агента (штамма микроорганизма или вируса) заражать данный организм. Вирулентность неравнозначна способности вызывать заболевание (патогенности), поскольку после заражения микроорганизм может превращаться в симбионта организма-хозяина, не вызывая отрицательных последствий. Показателями вирулентности являются условные величины — минимальная летальная, 50%-ная летальная, 50%-ная инфицирующая доза.
Вирулентность зависит от свойств самого инфекционного агента, а также от чувствительности (восприимчивости) организма-хозяина. Степень вирулентности измеряется в количестве единиц (клеток или вирусных частиц) инфекционного агента, необходимых для заражения организма. Вирулентность может колебаться в значительной степени в пределах одного вида микроорганизма. При поддержании инфекционного агента в лабораторных условиях его вирулентность часто ослабляется, что используется при производстве вакцины. Изменения вирулентности, как в сторону усиления, так и ослабления можно также добиться в результате мутагенного воздействия на инфекционный агент.
Способность микроорганизмов, в частности, бактерий, заражать организм-хозяин описывается в количестве бактерий, которое достаточно для заражения, пути проникновения в организм, эффективности защитных механизмов заражаемого организма, а также факторов вирулентности. Факторы вирулентности бактерий — обычно белки или другие молекулы, синтезируемые ферментами клетки. Эти белки и ферменты кодируются как хромосомальной ДНК микроорганизма, так и ДНК, содержащихся в клетке ДНК бактериофагов и плазмид.
Содержание
Факторы, определяющие вирулентность
Прикрепление к клеткам (адгезия)
Многие бактерии для заражения определённых клеток организма, например, эпителия кишечника должны к ним прикрепиться. Обнаружено, что большое количество молекул клеток хозяина, в частности, и рецепторы бактерий (белки наружной бактериальной мембраны) принимают участие в этом процессе.
Колонизация
Некоторые вирулентные бактерии выделяют специальные белки, которые позволяют им колонизировать организм хозяина. Бактерия хеликобактер (Helicobacter pylori)
Инвазивность
Некоторые вирулентные бактерии продуцируют белки, которые разрушают клеточные мембраны или стимулируют фагоцитоз клеток хозяина. Эти факторы вирулентности позволяют бактериям проникать внутрь тела хозяина через слои клеток, вступивших в контакт с патогеном, будь то клетки наружных покровов растений или животных или слои эпителия внутренних органов.
Подавление иммунного ответа
Многие бактерии выделяют факторы вирулентности, которые ингибируют иммунную систему организма. Например, бактерии выделяют белки, которые присоединяются к антителам хозяина. Другой тип веществ, ингибирующих иммунный ответ — это полисахариды капсулы, окружающей клетки, в частности, патогена человека стрептококка (Streptococcus pneumoniae). Эти полисахариды затрудняют фагоцитоз бактерий специализированными клетками иммунной системы (макрофагами) и лимфоцитами.
Токсины
Многие факторы вирулентности — это белки, которые патоген вырабатывает, а затем выделяет (секретирует) в окружающую среду и которые вызывают повреждение тканей хозяина. Например, при пищевых отравлениях именно токсины вызывают симптомы заболевания.
Вирулентность вирусов
Патогенные микроорганизмы и их основные характеристики
Инфекция – сложный биологический процесс, возникающий в результате проникновения патогенных микробов в организм и нарушения постоянства его внутренней среды. Возникновение инфекции зависит от нескольких факторов: степени патогенности (вирулентности) микроба, состояния макроорганизма и условий внешней среды.
Патогенность – это способность микроба определенного вида при соответствующих условиях вызывать характерное для него инфекционное заболевание. Следовательно, патогенность есть видовой признак.
Токсичность – способность патогенного микроба вырабатывать и выделять ядовитые вещества, вредно действующие на организм. Токсины бывают двух видов – экзотоксины и эндотоксины.
Экзотоксины – выделяются в окружающую среду при жизни микробов в организме или на искусственных питательных средах, а также в пищевых продуктах. Они очень ядовиты. Например, 0,005 мл жидкого столбнячного токсина или 0,0000001 мл ботулинического токсина убивает морскую свинку. Микробы, способные образовывать токсины, получили название токсигенных Под влиянием нагревания и света экзотоксины легко разрушаются, а под действием некоторых химических веществ теряют токсичность. Эндотоксины прочно связаны с телом микробной клетки и освобождаются только после ее гибели и разрушения. Они весьма устойчивы при действии высоких температур и не разрушаются даже после нескольких часов кипячения. Ядовитое действие многих бактерийных экзотоксинов связано с ферментами – лецитиназой (разрушает эритроциты), коллагеназой, гиалуронидазой (расщепляет гиалуроновую кислоту) и рядом других ферментов, которые производят в организме разрушение жизненно важных соединений. Условленно также, что некоторые патогенные бактерии (дифтерийные стафилококки и стрептококки) продуцируют фермент дезоксирибонуклеазу В процессе жизнедеятельности патогенные микробы выделяют и другие вещества, обусловливающие их вирулентность.
Пути внедрения патогенных микробов в организм
Место проникновения патогенных микробов в организм называется входными воротами инфекции. В естественных условиях заражение происходит через пищеварительный тракт (алиментарный путь), когда в пищу или в воду попадают патогенные микроорганизмы. Болезнетворное начало может проникать через поврежденные, а при некоторых инфекционных болезнях (бруцеллез) и неповрежденные слизистые оболочки рта, носа, глаз, мочеполовых путей и кожу. Судьба патогенных микробов, попавших в организм, может быть различной – в зависимости от состояния организма и вирулентности возбудителя. Некоторые микробы, попав с током крови в определенные органы, оседают (задерживаются) в их тканях, размножаются в них, выделяют токсины и вызывают заболевание. Например, возбудитель туберкулеза в легочной ткани. Любая инфекционная болезнь, независимо от клинических признаков и локализации микроба в организме, представляет собой заболевание всего организма. Если патогенные микробы проникли в кровеносные сосуды и начинают размножаться в крови, то они очень быстро проникают во все внутренние органы и ткани. Такую форму инфекции называют септицемией. Она характеризуется быстротой и злокачественностью течения и нередко заканчивается смертельным исходом. Когда микробы находятся в крови временно и не размножаются в ней, а посредством ее только переносятся в другие чувствительные ткани и органы, где затем уже размножаются, инфекцию принято называть бактериемией. Иногда микробы, проникнув в организм, остаются только в поврежденной ткани и, размножаясь выделяют токсины. Последние, проникая в кровь, вызывают общее тяжелое отравление (столбняк, злокачественный отек). Такой процесс называется токсемией. Пути выделения патогенных микробов из организма также различны: со слюной, мокротой, мочой, калом, молоком, выделениями из родовых путей.
Условия возникновения инфекций и значение состояния организма в этом процессе
Для возникновения инфекционного процесса требуется минимально заражающая доза микроба; однако чем больше проникло в организм микробов, тем скорее развивается болезнь. Чем вирулентнее микроб, тем быстрее наступают все клинические признаки болезни. Имеют значение и ворота инфекций. Например, после введения в легкие морской свинки 1 – 2 туберкулезных микробов может возникнуть заболевание, а чтобы вызвать заболевание путем подкожной инъекции микробов, надо ввести не меньше 800 живых туберкулезных палочек.
Одно из необходимых условий для возникновения заболевания – восприимчивость организма к данной инъекции очень восприимчивы, а к другим устойчивы. Например, крупный рогатый скот не заражается сапом лошадей, а чума свиней совершенно неопасно в смысле заражения для человека. Исключительно важное значение для возникновения инфекционного процесса имеет состояние организма. И.И.Мечников писал: «Болезнь, помимо внешних причин – микробов, обязана своим происхождением еще и внутренним условиям самого организма. Болезнь наступает тогда, когда эти внутренние причины оказываются бес сильными помешать развитию болезнетворных микробов; когда они, наоборот, успешно борются с микробами, то организм оказывается невосприимчивым. Проникновение патогенного микроба в чувствительный организм вовсе не обязательно вызывает соответствующее заболевание». Устойчивость организма против инфекции снижается при плохом питании. Влияет также простудный фактор, перегревание, радиация, отравление алкоголем и пр. Течение инфекционного заболевания Инфекционный процесс проявляется не сразу после внедрения патогенного микроба в организм, а спустя некоторый срок. Время от внедрения микробов в организм до появления первых клинических признаков заболевание называют скрытым, или инкубационным, периодом. Продолжительность его определяется вирулентностью и количеством внедрившихся микробов, воротами инфекции, состоянием организма и окружающими условиями. За период инкубации внедрившиеся микробы размножаются, производят качественные биологические изменения в организме, в результате чего появляются клинические признаки. По длительности течения инфекции бывают острые, кратковременно протекающие (ящур, холера, сибирская язва и многие др.). Большинство инфекций относится к острым. Инфекционные болезни людей и животных могут наблюдаться в виде единичных случаев, именуемых спорадическими. Когда инфекция быстро распространяется среди людей и охватывает населенные пункты значительной территории, такое распространение инфекции принято называть – эпидемия, соответственно инфекция среди животных – эпизоотия. Инфекционные болезни по природе отличаются от других заболеваний следующими свойствами: наличием живого возбудителя, заразительностью (передаются от больных здоровым), инкубационным периодом, иммунитетом (невосприимчивостью) переболевших. Последний наступает не всегда.Источники и пути распространения инфекции Основной источник и переносчик заразного начала – больной организм. От больного могут заражаться люди, животные. Зараженная почва может быть источником заражения. Болезни, при которых заражение происходит в результате попадания патогенных микробов из почвы, получили название почвенных инфекций (сибирская язва, газовая гангрена и др.)
Автор: Тайша Әсем Шарафиқызы
ГП на ПХВ Областная инфекционная больница
бактериологическая лаборатория –бак лаборантка
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
Патогенные микроорганизмы
Человека, животных и растения с миром микроорганизмов связывают сложные и весьма разнообразные взаимоотношения.
Исключительно важное значение имеют взаимоотношения с группой патогенных микробов. Патогенными называют микроорганизмы, способные вызывать заболевания.
Наибольший интерес представляют возбудители заболеваний человека и животных, поскольку они во многих случаях являются общими.
Среди патогенных видов имеются как паразиты, всегда развивающиеся за счет других животных организмов, так и сапрофиты. Последние обычно имеют переходные свойства и лишь при особо благоприятствующих условиях могут приобретать черты паразитов. Примером может служить сапрофитная кишечная палочка, при известных условиях способная вызвать воспалительные процессы в почках, мочевом пузыре и других органах. Некоторые сапрофиты относятся к патогенным, так как среди продуктов их жизнедеятельности имеются такие, которые воспринимаются человеком как токсины — яды.
Каждый вид болезнетворных микроорганизмов способен вызывать только определенное заболевание с характерными признаками и особенностями течения. Это свойство носит название специфичности. Специфичность инфекционного процесса — важный признак, проявляющийся в локализации возбудителей, избирательности поражения органов и тканей, особенностях течения болезни, механизме выделения микробов из организма хозяина, формировании у последнего иммунитета.
Под патогенностью понимается вообще способность определенного микроорганизма при соответствующих условиях вызывать специфическое болезненное состояние организма. Патогенность является видовым признаком болезнетворных микробов. Она приобретена, по-видимому, в результате длительного приспособления к развитию в организме хозяина.
Отдельные разновидности одного и того же патогенного вида микробов могут обладать различным по силе болезнетворным действием. Оно зависит от способности проникать в организм, размножаться в нем и вызывать патологические изменения. Степень болезнетворности патогенного микроба называют вирулентностью. Если микроб принадлежит к патогенному виду, то его называют патогенным и в том случае, когда он в силу каких-либо причин в данный момент не способен вызвать заболевание, утратил свою вирулентность или степень его вирулентности снизилась.
Таким образом, вирулентность является меняющимся признаком, служащим мерой патогенности. Вирулентность патогенного микроба можно повысить, создавая для него наиболее благоприятные условия или, например, последовательно заражая целый ряд восприимчивых животных. Наоборот, создавая возбудителю неблагоприятные условия, можно снизить его вирулентность или совсем лишить его вирулентности. Прибавление различных химических веществ, вредно действующих на микроорганизм, воздействие неблагоприятной температуры способствует понижению вирулентности микробов.
Искусственное снижение вирулентности болезнетворных микроорганизмов используется при получении вакцин для профилактики многих заразных заболеваний.
Для более определенной характеристики используют DCL (доза безусловно смертельная), вызывающую 100%-ную гибель животных.
В процессе жизнедеятельности патогенных микробов образуются вещества, обладающие очень высокой степенью ядовитости, — токсины. Непосредственной причиной болезненного состояния организма при развитии или нахождении в нем патогенных микробов является присутствие этих ядов — токсинов. Различают экзо- и эндотоксины.
Экзотоксины выделяются в окружающую среду при жизни микробов. Они обладают большой ядовитостью по отношению к животному организму. Например, 0,005 мл жидкого столбнячного токсина, или 0,0000001 мл ботулинического жидкого токсина, убивают морскую свинку.
Под влиянием нагревания и света экзотоксины легко разрушаются, а под действием некоторых химических веществ, например, формалина, теряют свою токсичность. Токсигенность не является обязательным свойством. Все токсигенные микроорганизмы могут развиваться, не продуцируя токсины. Экзотоксины имеют белковую природу, а некоторые из них обладают свойствами ферментов. Они. избирательно действуют на отдельные органы и ткани. Столбнячный токсин, например, поражает нервные клетки, регулирующие двигательные функции, дифтерийный — надпочечники и мышцу сердца. Действие экзотоксинов сказывается очень быстро — уже через несколько часов после попадания в организм. Однако есть и термостабильные экзотоксины — стафилококковый, ботулинический. Они выдерживают кипячение в течение нескольких минут, не разрушаясь, не разрушаются и под влиянием ферментов желудочно-кишечного тракта.
Эндотоксины — это токсины, прочно связанные с телом микробной клетки и освобождающиеся только после ее гибели и разрушения. Они менее токсичны, весьма устойчивы к действию высоких температур, не теряют своей токсичности даже при кипячении. Эти токсины характерны для возбудителей брюшного тифа, паратифов.