Ферменты. 
Питание микроорганизмов

Процесс питания микроорганизмов, как правило, сопровождается эндотермическими реакциями (с поглощением теплоты), а дыхание — экзотермическими реакциями (с высвобождение теплоты) Эти процессы протекают одновременно и обеспечивают необходимый в клетке обмен веществ, который включает е? себя два противоположных и в то же время единых процесса: ассимиляции (конструктивный обмен веществ) и диссимиляции (энергетический обмен веществ). Обмен веществ проходит с помощью ферментов. Ферменты быстро распознают соответствующие им субстраты, вступают с ними во взаимодействие и ускоряют химические реакции. Они участвуют в процессах синтеза и распада, то есть метаболизма. Эндоферменты катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду, расцепляя питательные субстраты до простых соединений усваиваемых клеткой в качестве источников энергии, углеродов и др Некоторые экзоферменты инактивируют антибиотики, выполняя защитную функцию. Ферменты, находящиеся в клетке постоянно независимо ^от условий ее существовании, — конструктивные ферменты; другие ферменты — адаптивные (индуктивные) — появляется тогда, когда это необходимо. Например синтез ргалактозидазы кишечной палочкой резко увеличивается при выращивании ее на среде с лактозой.

Существуют так называемые ферменты агрессии, разрушающие ткани и клетки и способствующие быстрому распространению в инфицированной ткани микроорганизмов и их токсинов. К ним относят гиалуронидазу, коллагеназу, дезоксирибонуклеазу, нейраминазу и др. Так, расщепляя гиалуроновую кислоту соединительной ткани гиалуронидаза стрептококков способствует быстрому распространению стрептококков и их токсинов.

Ферменты синтезируются микробной клеткой и имеют сложное строение: одни состоят только из белка, а другие — из белка и небелковой части (ионы металла, витамины). Ферменты обладают высокой специфичностью. Например, фермент эстераза расщепляет жир, каталаза-пероксид водорода хитиназа-хитинин обладают очень высокой активностью. Так, 1 г амилазы может превратить в сахар 1 т крахмала.

Все ферменты делят на шесть классов: оксидоредуктазы, (оксидазы), трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы, (синтетазы). Каждый класс ферментов обозначают четырьмя цифрами: первая — класс ферментов; вторая — подкласс и указывает соединения на которые действует фермент; третья — подкласс; четвертая — номер фермента. Ферменты имеют окончание «-аза». микроорганизм фермент гиалуронидаза коллагеназа.

• 1 Оксидоредуктазы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. К ним относят различные дегидрогеназы, окисляющие спирты в альдегиды, альдегиды в кислоты. Если в реакции принимает участие кислород, то ферменты называют оксидазами (аскорбинатоксидаза, гидрогеназа, катал аза, пероксидаза).
• 2. Трансферазы переносят радикалы —СН₃, — СН₂, альдегидные или пептоновые остатки.
• 3. Гидролазы присоединяют частички воды к белкам, жирам или углеводам или отщепляют их. Гидролазы, действующие на сложноэфирные связи, называют эстеразами (эстер-эфир). Примером их может служить липаза, расщепляющая жиры на глицерин и жирные кислоты. Обширная группа гидролаз расщепляет сложные углеводы на простые. Амилазы расщепляют крахмал до моносахаров и декстринов.

Гидролазы, действующие на пептидные связи, относят к пептидгидролазам (аминопептидазы, протеиназы, карбоксилпептидазы). Они расщепляют белки на пептиды и аминокислоты. У микроорганизмов протеазы определяют по разжижению желатина и пептонизации казеина молока. Образуют протеазу Paenibacillus larvae larvae, Вас. alvei, Pseudomonas apisepticum и др.

Грибы (Aspergillus Pinicillium) и некоторые бактерии (Proteus, Micrococcus, Serratia) с помощью эстеразы, выделяемой ими, разрушают соты, хранящиеся вне ульев в сырых помещениях, а также вытопку и воскосырье на воскозаводах.

• 4. Лиазы — ферменты, отщепляющие от субстратов без участия воды соединения с двойной связью. Декарбоксилазы отщепляют карбоксильную группу от аминокислот и укорачивают углеродную цепь.
• 5. Изомеразы осуществляют внутримолекулярные перестройки (фосфат глюкозы в фосфат фруктозы).
• 6. Лигазы (синтетазы) соединяют две молекулы с одновременным разрывом фосфатных связей.

Различия в ферментном составе используют для идентификации микроорганизмов, так как они определяют различные биохимические свойства: сахаролитические, протеолитические и др. Их выявляют по конечным продуктам расщепления: щелочам, кислотам, сероводороду, аммиаку и др.

Ферменты микроорганизмов используют в генетической инженерии для получения биологически активных соединений, молочной, уксусной, лимонной кислот, молочнокислых продуктов, в виноделии и других отраслях. Для уничтожения загрязнений белковой природы в некоторые стиральные порошки вводят биодобавки, в состав которых входят ферменты.

Иерсинии Род Yersinia содержит 7 видов, среди которых Y. pestis — возбудитель чумы и Y. pseudotuberculosis и Y. enterocolitica, чаще всех остальных вызывают заболевания у человека.

20.2.1.6.1. Иерсинии чумы

Y. pestis был открыт в 1894 г. А. Иерсеном в Гонконге.

Морфология, физиология. Y. pestis — грамотрицательные полиморфные мелкие, размером 1—2 X 0,3—0,7 мкм, неподвижные палочки с закругленными концами. Спор не образуют. В организме больного и при размножении на питательных средах образуют капсулу. В мазках из патологического материала (мокрота, гной бубона, кровь), окрашенных метиленовой синькой, выявляется биполярность. При размножении на плотных средах преобладают удлиненные формы иерсинии.

Палочки чумы — факультативные анаэробы. Размножаются на простых питательных средах, но лучше при добавлении гемолизированной крови. Оптимальная температура культивирования 28 °C, но могут размножаться при температуре от 2 до 42 °C. На плотных средах при посеве большого числа (10 000 и более бактерий) через 8—12 ч можно обнаружить при микроскопировании начальный рост колоний в виде «битого стекла», которые через 18—20 ч становятся светлыми с неровными краями, а через 48 ч образующийся фестончатый край колоний придает им вид «кружевного платочка». R-формы колоний характерны для вирулентных штаммов, S-формы содержат авирулентные бактерии.

В жидких питательных средах палочки чумы образуют пленку на поверхности и спускающиеся вниз нити, похожие на сталактиты, и хлопьевидный осадок.

Биохимическая активность характеризуется способностью расщеплять ряд углеводов (фруктозу, галактозу и др.) с образованием кислоты. Протеолитическая активность выражена слабо — желатину не разжижают, молоко не свертывают.

Антигены. Палочки чумы содержат комплекс антигенов, среди которых имеются общие с представителями семейства Fnterobacteriaceae и эритроцитами людей О-группы. Антигенная специфичность иерсинии связана с капсульным веществом. Fi поверхностный белковый термолабильный антиген используется в РИГА как диагностикум в серологических исследованиях при чуме. Vи W-антигены обладают антифагоцитарной активностью. Другие антигены из 10 известных изучены недостаточно хорошо.

Патогенность. Вирулентные штаммы чумной палочки характеризуются следующими свойствами: наличием F-антигена, а также Vи W-антигена, обладающих антифагоцитарной активностью, образованием пестицинов, способностью ассимилировать гемин и синтезировать пурины, продуцировать токсин — «мышиный яд» (к нему наиболее чувствительны белые мыши), блокирующий действие ряда метаболитов и гормонов.

Экология и распространение. Основными хозяевами иерсинии чумы в природе являются грызуны (суслики, тарбаганы и др.).

Чума — зоонозное природно-очаговое заболевание. Очаги чумы распространены на территориях всех стран мира. Они различаются носителями возбудителя и биологическими свойствами иерсинии, распространенных в определенной зоне. По биохимической характеристике и соответствию с местом распространения различают 3 биовара (табл. 20.6).

Заражение человека в природных очагах чумы происходит трансмиссивным (переносчики — блохи), контактным и алиментарным путями. Люди, больные легочной формой чумы, заражают окружающих аэрогенным путем.

Таблица. Дифференциальные признаки биоваров иерсинии чумы, распространенных на различных территориях.

Попадая из организма больных животных и человека в окружающую среду, иерсинии чумы могут длительно сохранять жизнеспособность. Они хорошо переносят низкие температуры, при О °С сохраняются до 6 мес, в замороженных трупах, блохах — 1 год и более, в воде, почве, на одежде — от 1 до 5 мес; в течение 4—6 дней — в хлебе, на овощах и фруктах.

Бактерии чумы чувствительны к УФ-облучению, высушиванию и действию высокой температуры. Они погибают при кипячении в течение 1 мин, а при нагревании до 60 °C в течение 1 ч. Губительное действие дезинфектантов проявляется при воздействии 3% раствора фенола через 5—10 мин, 5% раствора лизола через 2—10 мин.

Патогенез чумы. Клинические проявления чумы в значительной степени зависят от входных ворот инфекции. Различают кожно-бубонную, первичнои вторично-септическую, первично и вторично-легочную формы чумы. Недостаточная барьерная функция регионарных лимфатических узлов, сопровождающаяся обычно незавершенным фагоцитозом иерсинии чумы и их усиленным размножением, приводит к развитию первично-септической формы чумы. Вторично-септическая форма развивается на фоне бубонной или легочной.

Иммунитет. После перенесенного заболевания остается прочный продолжительный иммунитет. Основная роль в защите от чумы принадлежит фагоцитирующим бактерии клеткам, завершенному фагоцитозу.

Лабораторная диагностика. Чума — особо опасная инфекция. Работа с материалами, содержащими возбудителя болезни, проводится в специальных режимных лабораториях, подготовленным персоналом. Исследуемый материал (гной из бубонов, отделяемое язвы, мокрота и др.) бактериоскопируют, подвергают ИФА, засевают на питательные среды и проводят биопробу на морских свинках.

Выделенные чистые культуры идентифицируют по морфологическим, культуральным, биохимическим, антигенным свойствам, чувствительности к чумному бактериофагу. Дифференцируют от других видов иерсинии по признакам.

Таблица. Основные дифференциальные признаки бактерий рода Yersinia.

В материалах из загнивших трупов возможно выявить чумной антиген реакцией термопреципитации.

Профилактика и лечение. В природных очагах постоянно ведется наблюдение за поголовьем грызунов. При распространении инфекции проводится дератизация и дезинсекция.

Невосприимчивость к чуме создается иммунизацией людей живой (штамм EV) или химической чумной вакциной. В СССР применяется живая сухая вакцина. После однократного подкожного или накожного введения создается относительно стойкий иммунитет на 6 мес. При опасности заражения проводится антибиотикопрофилактика стрептомицином, который применяют и при лечении больных чумой наряду с противочумным иммуноглобулином.

Иерсинии псевдотуберкулеза.

Yersinia pseudotuberculosis — возбудитель псевдотуберкулеза — был обнаружен и описан Малассе и Виньялем в 1883 г. Заболевания, этиологически связанные с псевдотуберкулезными иерсиниями, определяются как гастроэнтерит, мезентеральный лимфаденит; полиартрит, регионарный илеит и др.

С 1959 г. во Владивостоке и его окрестностях возникали заболевания, протекавшие с лихорадкой, интоксикацией, мелкоточечной скарлатиноподобной сыпью, которая получила название «дальневосточная скарлатиноподобная лихорадка» .

Морфология, физиология. Y. pseudotuberculosis — коккобак-терии, не образующие спор, грамотрицательные, имеют жгутики и капсулу. Факультативные анаэробы. Хорошо размножаются на простых питательных средах при оптимальной для них температуре 20—28 °С, но и при 0—4 °С идет интенсивное размножение. Биохимическая активность отражена в табл. 20.7.

Антигены. Псевдотуберкулезные бактерии обладают Н-жгутиковыми и О-соматическими антигенами. По О-антигену различают 10 сероваров. Заболевания у человека вызывают чаще всего иерсинии сероваров I, III и IV.

Экология и распространение. Псевдотуберкулезные бактерии распространены во многих странах. Заболевания, ими вызываемые, регистрируются в странах Азии, Африки, Европы. В СССР — на Дальнем Востоке, в Сибири, на Украине, в Европейской части РСФСР, в Грузии и других географических зонах.

Источником возбудителя являются грызуны (полевки, домовые мыши, крысы, зайцы). Заражение людей происходит алиментарным путем, при употреблении пищевых продуктов (главным образом овощей, фруктов), загрязненных фекалиями и мочой животных.

Способность иерсиний псевдотуберкулеза размножаться при температуре 4—6 °С приводит к массивному накоплению их в пищевых продуктах, длительно хранящихся в холодильнике.

Патогенез заболеваний человека. После попадания в желудочно-кишечный тракт иерсиний псевдотуберкулеза проникают в слизистую оболочку кишечника, где (преимущественно в подслизистом слое) образуются множественные гранулемы и геморрагии — возникают симптомы гастроэнтерита. Попадание микроорганизмов в лимфатические узлы приводит к развитию мезентериального лимфаденита — в эпигастральной области усиливаются боли, появляются симптомы раздражения брюшины, в илеоцекальном углу определяется инфильтрат. Возможна бактериемия, которая сопровождается сыпью, артралгией и другими проявлениями генерализации патологического процесса.

Иммунитет, его механизмы при псевдотуберкулезе не изучены. Антитела к возбудителю появляются в течение болезни, но они не обладают протективными свойствами. Описаны случаи повторных заболеваний псевдотуберкулезом.

Лабораторная диагностика проводится бактериологическим и серологическим методами. Культуры возбудителя выделяют из испражнений, мокроты и других материалов, дифференцируют от других иерсиний и сходных бактерий иных родов.

ИФА применяют для выявления возбудителя в материалах от больных и индикации в окружающей среде.

В серодиагностике используют реакцию агглютинации и РИГА.

Профилактика и лечение. Специфическая профилактика не разработана. Для лечения применяют тетрациклины, левомицетин, стрептомицин.

Возбудитель кишечного иерсиниоза.

Yersinia enterocolitica был выделен от животных (зайцев, кроликов, обезьян, свиней). Изучение иерсиниоза началось с 1964 г.

Морфология, физиология. Y. enterocolitica грамотрицательные подвижные палочки, не образующие спор и капсул.

Культивируются на простых питательных средах при температуре 20—26 °С. Различают 5 биоваров, из которых 3-й и 4-й патогенны для человека.

Антигены. По специфичности О-антигена иерсиний энтероколита распределены на 30 сероваров. У человека чаще всего вызывают заболевания серовары 03 и 09.

Патогенность. Иерсиний энтероколитика — факультативныевнутриклеточные паразиты. Патогенность их связана с инвазивными свойствами и действием цитотоксинов, вирулентные штаммы обладают устойчивостью к фагоцитозу и бактерицидному действию сыворотки. Эти свойства кодируют гены плазмид. Маркерами вирулентности являются кальцийзависимость и аутоагглютинация.

Экология и распространение. Y. enterocolitica широко распространены: их выделяют от больных людей и животных, обнаруживают в окружающей среде. В открытых водоемах они не только выживают, но и размножаются. Устойчивы к низким температурам. В молоке способны размножаться как при комнатной температуре, так и в условиях холодильника. Овощи, фрукты, мороженое, контаминированные иерсиниями, в условиях хранения их в холодильнике оказываются массивно обсемененными этими микроорганизмами.

Основной источник Y. enterocolitica — животные и люди (больные и носители). Путь заражения — алиментарный. Заболевания регистрируются в виде вспышек или спорадических случаев.

Патогенез заболеваний человека и иммунитет. Заражение человека Y. enterocolitica реализуется по-разному: от бессимптомного носительства и легких форм до тяжелых и генерализованных, септических, которые чаще возникают у пожилых лиц, страдающих хроническими заболеваниями (цирроз печени, диабет). Иерсиний этого вида могут быть причиной возникновения полиартрита, нодозной эритемы.

В течение болезни накапливаются антитела к возбудителю. Титр их в реакции агглютинации бывает не выше 1:800. Роль в формировании иммунитета неясна.

Лабораторная диагностика иерсиниоза осуществляется бактериологическим и серологическим методами. Из исследуемого материала (испражнения больного, смыв из носоглотки, кровь, моча) выделяют культуру, идентифицируют, определяют серовар.

Серодиагностика проводится в реакциях агглютинации, непрямой гемагглютинации, с помощью иммунофлуоресцентного анализа.

Профилактика и лечение. Специфическая профилактика не разработана. Лечение больных кишечным иерсиниозом проводят антибиотиками (чаще назначают стрептомицин, гентамицин, тетрациклин, ампициллин) и сульфаниламидами.