Что обуславливает быстрое распространение чумы
Обновлено: 24.04.2024
К 120-летию открытия А. Йерсеном и Ш. Китазато микроба чумы Yersinia pestis
Об авторе
Виктор Васильевич Сунцов — доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН. Занимается изучением происхождения и эволюции возбудителей природноочаговых инфекций, в частности чумы.
Диаграмма публикаций по проблеме чумы, фиксирующая скачок их числа с 2003 г.
Немного истории
Карта распространения чумы в Европе. Пандемия, начавшаяся в центральных районах Азии, достигла берегов Черного моря в 1347 г.
Когда появился микроб чумы?
Доказанное в 1980 г. молекулярными методами непосредственное родство псевдотуберкулезного (Y. pseudotuberculosis) и чумного (Y. pestis) микробов привело к выводу об их недавней дивергенции, правда, без указания времени и места, когда именно и где это случилось [5]. Высокое сходство их геномов позволяло некоторым авторам даже объединить их в один вид в качестве отдельных подвидов, хотя вызывают они совершенно разные болезни. И псевдотуберкулезного, и чумного микробов относят к семейству Enterobacteriaceae — возбудителям кишечных инфекций, но последний, будучи паразитом крови, не имеет к ним никакого отношения. У него иная адаптивная среда, и в принципе его нужно отнести к другому семейству [3].
Микрофотография чумной палочки. Увел. ×200. Фото с сайта cdc.gov
Идея недавнего отделения чумного микроба от псевдотуберкулезного была неожиданной, но отнюдь не новой. В 1950–1970-х годах такие мысли высказывали В. Н. Беклемишев, В. А. Бибикова, А. И. Дятлов, Л. Н. Классовский, В. С. Петров, Н. М. Хрусцелевская. Но тогда подобные интуитивные ощущения эволюционной молодости возбудителя чумы выглядели теоретически чуждыми, паранаучными и деструктивными, поэтому они не нашли поддержки у ортодоксов.
Головокружение от успехов
В современных исторических реконструкциях в биологии доминирует новая филогенетика (молекулярная филогенетика, генофилетика). Отчасти это лидерство оправдано широкими возможностями, которые предоставляют молекулярные структуры и компьютерные технологии филогенетических построений, позволяющие сравнивать и обрабатывать миллионы признаков, — таких, как последовательности нуклеотидов. Все составляющие новой филогенетики полезны, они необходимы для создания естественных филогенетических схем, но недостаточны, особенно в отношении прокариот. Молекулярная генетика — молодая наука, и закономерности молекулярной эволюции пока не вполне ясны. Филогении можно выстраивать только по гомологичным признакам, а их выявление, в том числе и на молекулярном уровне, представляет немалую проблему. Выводы на основе применения разных молекулярно-генетических методов далеко не однозначны, порой не согласуются между собой и с данными других наук: экологии, биогеографии, микробиологии и др. Такая обескураживающая разноголосица свойственна и заключениям в отношении микроба чумы.
Происхождение Yersinia pestis: взгляд натуралиста
Знание экологии монгольского сурка и его блох позволяет понять селективные (адаптационные) процессы, проходившие в микробных популяциях в природе, и причинно-следственные связи в эволюционных филумах. Появление возбудителя чумы в Центральной Азии предопределили два природных фактора: аридность горно-степных ландшафтов, постепенно увеличивающаяся с олигоцена-миоцена, и максимальное похолодание в сартанское время последнего оледенения. Проще говоря, индуктором видообразования микроба чумы был сухой и холодный климат Центральной Азии в конце ледниковой эпохи. Кроме того, в возникновении чумного микроба важную роль играет физиология, точнее поведение монгольского сурка, связанное с устройством зимовочной пробки, а также особенности сурочьей блохи O. silantiewi.
В Центральной Азии, в горно-степных поселениях сурка тарбагана влажность почвы очень низкая, всего 2–7% [3], а грунт в зимовочной норе зверька сухой и щебнистый. Изготовить из него земляную пробку внутри норы, в вертикальном лазе диаметром 15–20 см, все равно, что замазать сухим песком отверстие в потолке размером с футбольный мяч. Из-за дефицита почвенной влаги у монгольского сурка выработалось специфичное поведение. При залегании в спячку он устраивает зимовочную пробку из специально подготавливаемой смеси мелкозема, щебня и влажных каловых масс, которые летом собираются в отнорках (уборных). Для перетаскивания камней, обвалянных в фекалиях, сурки используют зубы, при этом частицы фекалий, а с ними и возбудитель псевдотуберкулеза, попадают в ротовую полость. Итак, во рту спящих тарбаганов — экскременты, а в них — кишечный паразит, микроб псевдотуберкулеза!
Монгольский сурок тарбаган и его зимовочная (постоянная) нора. Вверху: зимовочная пробка, состоящая из смеси мелкозема, щебня и цементирующих их экскрементов (1); гнездовая камера (2); отнорки-уборные, в которых в летние месяцы сурки накапливают строительную смесь (3). Внизу: слой мелкозема и щебня (а); и коренные породы (б), приведены температуры грунта и спящих сурков во время раскопки (февраль 1979 г.)
Сурки — типичные семейно-колониальные животные. Группировки из 2–22 разновозрастных и разнополых зверьков совместно зимуют в одной постоянной, или зимовочной, норе. У каждого зверька в течение зимней спячки более длительные периоды глубокого сна (торпора) чередуются с короткими периодами бодрствования (эутермии). В торпорной фазе температура тела снижается до 2–5°C, в эутермной может достигать нормальной, у активных сурков — около 37°С. За осенне-зимне-весеннее время сурки не вполне синхронно просыпаются до 15 раз, примерно дважды в месяц. Таким образом, каждый зверек в течение периода подземной жизни имеет два гомеостатических состояния, между которыми лежит промежуток физиологической гетеротермии. Отсюда следствие: блохи в холодное время года питаются на сурках, температура тела которых лежит в диапазоне 5–37°C. Обратим внимание на непрерывность температур!
В 1970-х годах в тувинском очаге чумы, расположенном в Центральной Азии, мы изучали зимнюю спячку тарбагана. В феврале-марте, во время максимального зимнего промерзания грунта (до глубины более 2 м), раскопали три зимовочных норы. Из них изъяли восемь глубоко спящих и девять проснувшихся активных зверьков, среди которых были молодые, полувзрослые и взрослые особи. Из их шерсти собрали 230 личинок O. silantiewi, 60 живых и 452 пустых коконов, а из ротовой полости торпидных зверьков — дополнительно 20 личинок. Пустые коконы (от 4 до 87) обнаружили также на 22 зверьках, отловленных в первые две недели после весеннего пробуждения.
Тувинский природный очаг чумы, Монгун-Тайгинский мезоочаг. Снеговое покрытие в зимне-весенние месяцы не превышает 30–40%, грунт промерзает на глубину более 2 м к началу января, а оттаивает в июле
Отметим распределение коконов на шерсти: большая часть прикреплена на голове, у основания хвоста и на наружной стороне задних ног. Все личинки, извлеченные из ротовой полости, оказались с кровью и увеличенными в размерах за счет развития жирового тела, что свидетельствовало о полноценности пищи и об их готовности к окукливанию. У спящих зверьков поврежденная личинками слизистая ротовой полости и язык обильно кровоточили, изо рта заметно выступала кровяная пена, а рот, зубы, лапы были обильно испачканы экскрементами (следами устройства зимовочной пробки осенью). Незарубцевавшиеся раны в ротовой полости мы наблюдали у всех сурков, отловленных после выхода из нор в конце марта и начале апреля, что говорит о массовости описываемого явления, его общепопуляционном характере.
Отсюда понятна причина концентрации пустых коконов на голове, хвосте и наружной стороне задних ног у спящих и недавно пробудившихся сурков тарбаганов. Зимой грунт промерзает глубже гнездовых камер, и личинки переходят из гнездовой выстилки на более теплые тела спящих зверьков. При этом некоторые личинки, произвольно перемещаясь в шерсти, попадают в ротовую полость сурка, где, питаясь на слизистой, травмируют ее. Перед окукливанием личинки покидают ротовую полость и прикрепляются к шерсти близ рта. Зная позу свернувшегося в шар спящего сурка, у которого нос уткнулся в анус, а задние ноги прижаты к щекам, легко предсказать места прикрепления коконов.
На основе новых эколого-географических, палеоклиматических и генетических данных можно сформулировать основные постулаты теории происхождения и мировой экспансии микроба чумы.
Происхождение, естественное распространение в Евразии и антропогенная мировая экспансия микроба Y. pestis во время первой (I), второй (II) и третьей (III) пандемий. 1 — южная граница зоны многолетнемерзлых грунтов; 2 — граница доминантного распространения в природе микроба Y. pseudotuberculosis O:1b; 3 — ареал сурка-тарбагана, район происхождения микроба чумы; 4 — первичные природные очаги; 5 — вторичные природные очаги; gly + (gly − ) — способность (неспособность) штаммов ферментировать глицерин
Предковая форма возбудителя чумы — микроб псевдотуберкулеза 1-го серотипа (Y. pseudotuberculosis O:1b), который доминирует в северо-центрально-азиатских и дальневосточных районах с суровым климатом.
Метаморфоза микроба псевдотуберкулеза в чумную бактерию произошла в конце позднего плейстоцена. За весь четвертичный период глубокое промерзание грунта (2 м и более) в Центральной Азии отмечено только в сартанское время позднего плейстоцена и в голоцене, т. е. не ранее 22 тыс. лет назад [10].
В ультраконтинентальном районе зимнего антициклона в Центральной Азии личинки блох, паразитирующие на монгольском сурке тарбагане, зимой переходят к факультативной гематофагии, что приводит к устойчивому контакту крови сурков с псевдотуберкулезным микробом [3].
Теперь уже можно легко представить, как сапрозоонозный кишечный псевдотуберкулезный микроб постепенно эволюционировал в облигатный паразит крови незимоспящих грызунов: экскременты тарбагана → спящий сурок → активный сурок → незимоспящий грызун.
Знание молекулярно-генетических, популяционных и биоценотических факторов, а также их многообразных связей позволяет выделить в эволюционной истории возбудителя чумы основные вехи.
IV. Во время третьей пандемии с корабельными крысами микроб уже другого подвида (orientalis) из Азии вновь проник в Африку и впервые на быстроходных морских судах добрался до Нового Света, где закрепился в виде вторичных природных очагов в популяциях земляных белок, луговых собачек, полевок, морских свинок.
В поисках согласия
Экологический сценарий происхождения, эволюции и мировой экспансии возбудителя чумы весьма заметно расходится с гипотезами, построенными на основе генетических данных. Где же истина? Какой из них достоин большего одобрения?
В пользу экологического сценария говорит следующее:
Такие аргументы делают этот экологический сценарий наиболее правдоподобным в сравнении с другими, позволяют принять его за исходную гипотезу и наполнять его генетическими признаками. Биологическое содержание сценария, понятное широкому кругу исследователей, дает существенные гносеологические преимущества перед слишком редуцированными историческими реконструкциями. К примеру, некоторые авторы из-за сходства отдельных генетических признаков у кавказского подвида Y. pestis caucasica и псевдотуберкулезного микроба считают Кавказ родиной чумы и выстраивают соответствующую филограмму [11, 12]. Но на Кавказе, в относительно теплом климатическом регионе, нет псевдотуберкулезного микроба 1-го серотипа или он встречается крайне редко! Истоки чумы следует искать в холодных, суровых краях — как в предложенном сценарии.
Несмотря на разительное несходство экологической и генетической филогений, между ними нет непреодолимой пропасти, более того, есть безусловные точки соприкосновения. Экологический сценарий для молекулярных и генетических признаков очерчивает диапазон генетической изменчивости микробной популяции, вступившей на путь видообразования, выделяет рамки экологической достоверности генетических фактов, привлекаемых для филогенетических выводов [3, 13].
Чума, как одна из страшных болезней, поражала население еще в античные времена. С тех пор, чума, охватывающая многие страны и континенты, трижды принимала пандемическое распространение.
Третья пандемия чумы началась в 1894 г. в Гонконге. Сначала чума охватила портовые города Азии, Европы, Африки, Северной и Южной Америки, Австралии. Далее распространялась вглубь континентов. Эпидемии в разных точках земного шара продолжаются до сих пор. За время третьей пандемии от чумы погибло 14 млн человек, большая часть которых проживала в Индии.
Ученые всего мира занимались проблемой распространения чумы. Обнаружить чумного микроба и выделить его удалось в 1894 г. в Гонконге. Бактериолог из Франции Александр Иерсен обнаружил возбудителя у крыс, японский врач Сибасабуро Китазато – у блох.
Естественная зараженность чумой выявлена у 250 видов животных, однако основную роль в сохранении возбудителя инфекции в природе играют грызуны (сурки, суслики, полевки, песчанки и др.), зайцеобразные (зайцы, пищухи) и их эктопаразиты – блохи. Основной механизм передачи возбудителя реализуется через укусы блох, заразившихся на грызунах, верблюдах или человеке. Также возможно заражение от больного легочной формы чумы человека.
Идею природной очаговости чумы, которая сформировалась в результате экспедиционных исследований в Маньчжурии (1910—1911 гг.), высказал Д.К. Заболотный. Занимаясь изучением чумы, российский ученый предположил, что некоторые грызуны могут представлять в природе среду, в которой сохраняются чумные бактерии, способные вызывать эпидемические вспышки у людей. В этот период Д.К. Заболотный участвовал в ликвидации эпидемии на Дальнем Востоке. Чумой были поражены практически все населенные пункты, расположенные вдоль Китайско-Восточной железной дороги, где накапливались трудовые мигранты, прибывавшие из Китая. Во время Маньчжурской эпидемии 1910—1911 гг. от чумы погибло по разным оценкам от 60 до 100 тысяч человек.
Русский ученый и врач И. А. Деминский утверждал, что источник заболеваний чумой надо искать в окружающей природе. В августе 1911 г. в Астраханской губернии из легкого павшего верблюда ему удалось получить культуру возбудителя чумы, а в августе 1912 г. в слободе Рахинка Царевского уезда (ныне Волгоградская область) он впервые выделил культуру возбудителя чумы от суслика, тем самым доказав, что именно эти животные являются источником чумы в астраханских степях. Выполняя свой врачебный долг И.А. Деминский погиб от этого опасной болезни.
В настоящее время природные очаги чумы выявлены на всех континентах, кроме Австралии и Антарктиды. На территории Российской Федерации и бывших союзных республик, большинство из которых являются государствами-участниками СНГ, выявлено 45 природных очагов чумы. Природным очагом принято считать территорию, на которой происходит непрерывная циркуляция возбудителя определенной инфекционной болезни среди животных (больных или носителей). Пребывание людей на данной территории сопряжено с опасностью заражения этой болезнью.
Попытки лечения чумы в средние века, хотя крайне малоэффективные, всё же предпринимались. Чумные бубоны вскрывали и прижигали раскалённой кочергой. Больным предписывалось хорошее питание и укрепляющие средства. Случаи выздоровления во время эпидемии Чёрной смерти были единичными и почти все пришлись на конец эпидемии.
На рубеже XIX-XX вв. учеными Александром Иерсеном, Эмилем Ру, Альбером Кальметтом, Амадеем Бореллем были созданы сыворотки и вакцины против чумы. Это заметно снизило и заболеваемость, и смертность. Но эпидемии продолжались. Перелом наступил после Второй мировой войны, когда получили распространение антибиотики. Смертность от чумы упала до 5-10 %, однако надеяться на то, что чума полностью исчезнет с лица Земли, подобно оспе, не приходится. Возбудитель чумы – Yersinia pestis - прекрасно сохраняется в природных резервуарах-грызунах. И поэтому сегодня в мире регистрируются новые случаи заболевания без тенденции к снижению уровня. По данным Всемирной организации здравоохранения в 2000-2020 гг. чумой были инфицированы около 22 тысяч человек по всему миру, умерло от чумы 1612 человек (летальность 7,4 %). В среднем регистрировали около 2 000 случаев заражения в год.
В Российской Федерации в обеспечении эпидемиологического благополучия по чуме задействована система противочумных учреждений Роспотребнадзора, включающая Противочумный центр, 12 противочумных станций и 5 научно-исследовательских противочумных институтов. Проактивная система эпидемиологического надзора за чумой в России направлена на выявление эпизоотий чумы на территории природных очагов и своевременное проведение профилактических и противоэпидемических мероприятий, направленных на недопущение заражения чумой людей, в связи с чем, риск развития эпидемии чумы на территории Российской Федерации сведен к минимуму.
Для специфической профилактики чумы в России применяется вакцина чумная живая сухая на основе вакцинного штамма Y. pestis EV линии НИИЭГ, производства Ставропольского научно-исследовательского противочумного института Роспотребнадзора.. Иммунизацию проводят взрослым и детям с 2 лет однократно, как правило, накожным способом. Вакцина вызывает развитие иммунитета к чуме длительностью до одного года. Массовое применение чумных живых вакцин в мире в 20-30-е годы прошлого столетия на эндемичных по чуме территориях дало убедительные доказательства их безопасности и эффективности.
В природных очагах чумы на территории РФ роль основных носителей выполняют грызуны: сурки, суслики, песчанки, полевки; зайцеобразные - пищухи. В мире действуют природные очаги, где основными носителями являются также морские свинки (семейство грызунов - свинковые), луговые собачки, крысы. Круг известных в настоящее время теплокровных носителей включает 342 вида млекопитающих и три вида птиц.
Переносчиками возбудителя чумы являются различные виды кровососущих членистоногих (паукообразные – аргасовые, гамазовые, иксодовые клещи, насекомые – блохи, вши, постельные клопы и др.), способные в естественных условиях передавать возбудителя от больного к здоровому животному. Главная роль принадлежит блохам. В природе обнаружено не менее 280 видов и подвидов блох, спонтанно зараженных возбудителем чумы, а также несколько видов клещей и вшей.
Очаги чумы выявлены на всех континентах, исключая Австралию, Антарктиду. Наиболее стойкие и активные природные и антропоургические очаги располагаются в Африке, Америке и Азии. На территории РФ расположено 11 природных очагов чумы. Эпидемическая опасность энзоотичных по чуме территорий определяется вирулентностью циркулирующих штаммов чумного микроба и интенсивностью контактов человека с природно-очаговыми комплексами. При развитии эпизоотий чумы среди фоновых видов грызунов риски передачи инфекции к человеку значительно возрастают. В этом плане чума продолжает представлять опасность для человека.
Безусловно, за долгую историю существования чумы разработаны методические подходы к терапии этого заболевания. Лечение больных чумой проводят в условиях стационара, а его результативность зависит от своевременности постановки диагноза и начала терапии. Наиболее успешные результаты дает лечение пациентов с бубонной формой чумы. В соответствии с рекомендациями ВОЗ препаратом выбора для лечения взрослых пациентов остается стрептомицин, который вводят внутримышечно или внутривенно в зависимости от формы инфекции в течение не менее 5 дней до нормализации температуры тела. Но позднее начало этиотропного лечения антибактериальными препаратами при недостаточности патогенетической терапии, в первую очередь при легочной форме чумы, может приводить к массивному поступлению в результате гибели бактериальных клеток Y. pestis липополисахарида, способствующего развитию тяжелого эндотоксического шока и полиорганной недостаточности, что сопряжено с высоким риском летального исхода. Поэтому применение средств специфической профилактики (вакцин) населению, проживающему на территориях природных очагов этой инфекции в периоды эпизоотии чумы среди грызунов очень важно, это значимо снижает риск заболевания чумой людей и повышает вероятность благоприятного течения болезни у заразившихся. Для иллюстрации важности вакцинации против чумы, можно привести в качестве примера современное развитие ситуации по чуме на территории Мадагаскара, где отказ от использования противочумных вакцин после 1959 г. на фоне общего социального неблагополучия населения страны и, недостаточно развитой системы здравоохранения привел к бурному распространению инфекции и был и сопряжен с выявлением легочной формы болезни.
Климатический фактор, во многом, определяет состояние паразитарных систем природных очагов чумы (состояние численности носителей и переносчиков чумного микроба, миграционная активность, границы распространения и др.). При благоприятных условиях для жизнедеятельности грызунов и их блох, численность носителей и переносчиков возбудителя чумы возрастает, что нередко сопровождается ростом эпизоотической активности природных очагов. Современное потепление климата привело к значительному снижению эпизоотической активности природных очагов чумы на территории РФ. Отмечена тенденция снижения случаев заражения чумой в мире. При возникновении эпидемических осложнений (эпидемия) роль климатических факторов нивелируется. Антропонозное распространение чумы (эпидемия) определяется социально-экономическими условиями жизни населения.
В прошлом столетии (20-30 гг. прошлого столетия) случаи заражения чумой человека на территории России имели место на территории Астраханской, Ростовской областей, Республики Калмыкия, в Забайкалье. В результате работы противочумных учреждений эпизоотическая и эпидемическая активность природных очагов чумы была полностью подавлена. С 1979 г. случаев заболевания чумой человека на территории РФ не регистрировали вплоть до 2014 г.(на протяжении 35 лет). В 2014 г., 2015 г., 2016.г. на территории Горно-Алтайского высокогорного природного очага (Республика Алтай, Кош-Агачский район) имели место по одному случаю заражения чумой человека, как следствие браконьерской добычи зараженных чумой серых сурков. Охота на энзоотичной по чуме территории повсеместно запрещена.
При выявлении эпизоотии чумы в природных очагах РФ проводится комплекс профилактических (противоэпидемических) мероприятий, направленный на снижение рисков заражения. В РФ благодаря работе противочумных учреждений эпизоотии чумы своевременно купируются и именно за счет этого обеспечивается эпидемиологическое благополучие по чуме в РФ. При регистрации эпизоотий чумы проводится вакцинация населения, что снижает риски возникновения эпидемических проявлений и гарантирует успешное лечение больных. В случае регистрации больного чумой проводится дополнительный комплекс противоэпидемических мероприятий по ликвидации эпидемического очага.
При добыче промысловых видов грызунов (сурки, суслики, луговые собачки, морские свинки), зараженных в природе чумой, происходит заражение человека (через порезы кожи, через укусы кровососущими членистоногими и др.). Браконьерство приводит к усилению контактов человека с источником инфекции и может привести к заражению чумой. Поэтому в зонах выявленных эпизоотий чумы отстрел и отлов животных запрещен и контролируется правоохранительными органами.
Роспотребнадзор ежегодно утверждает комплексные планы по оздоровлению и снижению рисков заражения чумой в эпизоотически активных природных очагах чумы РФ. Профилактические (противоэпидемические) мероприятия включают вакцинацию, поселковую и полевую дератизацию, поселковую и полевую дезинсекцию, ежегодно проводятся учения, направленные на повышение настороженности медицинских учреждений к выявлению случаев заражения человека чумой, ведется санитарно-просветительская работа с населением, проживающим в энзоотичных по чуме районах РФ.
Новость
Автор
Редактор
Обратите внимание!
Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.
Незнакомка в маске
Лики чумы
Возможно, преобладание какой-либо из форм чумы (преимущественное поражение того или иного органа) во время разных эпидемий связано не только с механизмами передачи бактерий, но и со свойствами конкретного штамма-возбудителя.
Решающей стала третья пандемия, разгоревшаяся в Китае в 1855 году. На разгадку самой страшной тайны были брошены все научные силы, изрядно к тому времени поокрепшие. И наконец в 1894 году исследования французского бактериолога Александра Йерсéна (Alexandre Yersin) и японского врача Сибасабуро Китасато (Shibasaburō Kitasato), проводимые независимо друг от друга в Гонконге, принесли долгожданные результаты. Исследуя человеческий патологический материал и трупы грызунов, Китасато и Йерсен выделили и описали коккобациллы, предположительно вызывающие чуму. И если результаты Йерсена нареканий не вызвали, то японскому бактериологу изрядно подпортили репутацию (и вызвали бесконечные споры относительно приоритета в открытии чумной палочки) противоречия в описании возбудителя, судя по всему, объясняемые загрязнением образцов оппортунистами-пневмококками [4].
Жертва мутации
Однако этого приобретения Y. pestis было недостаточно для того, чтобы научиться вызывать опаснейшую системную инфекцию (септическую форму чумы). Оказалось, что для подобного усовершенствования потребовалась всего одна (!) аминокислотная замена в белке Pla — I259T. Эта замена оптимизировала протеолитическую активность белка и существенно повысила инвазивный потенциал бактерий при развитии бубонной чумы. Таким образом, ученые полагают, что первым делом бактерия приобрела свойства легочного патогена, провокатора вспышек легочной чумы, а позже в результате дополнительной мутации появились еще более опасные штаммы, вызывающие пандемии легочно-септической и бубонно-септической чумы [6].
Тем не менее среди всех минусов Y. pestis ученые находят и плюсы ее контакта с людьми. В 2014 году в журнале PLoS ONE была опубликована статья Шэрон де Витте из Университета Южной Каролины, в которой говорилось, что люди, пережившие пандемию чумы, стали обладателями более крепкого здоровья. Ученые исследовали останки людей, живших до, во время и после чумы, обращая особое внимание на причины смерти и состояние их костей. Результаты показали, что пережившие эпидемию, а также их потомки, доживали в среднем до 75 лет и обладали завидным иммунитетом.
Немного о Pla
Почему же протеаза Pla относится к факторам вирулентности, то есть как именно она помогла чумной палочке, которая и так может похвастать богатым арсеналом приспособлений для процветания в млекопитающих и трансмиссии блохами? Одна из обязанностей Pla — активация плазминогена: образующийся при этом плазмин разрушает фибриновые сгустки, что важно, например, для распространения бактерии из бубонов по организму.
Недавно была установлена связь развития первичной легочной инфекции с механизмом, связанным с инактивацией апоптотической сигнальной молекулы под названием Fas-лиганд (FasL). Роль FasL в клетке определяется его способностью запускать процесс апоптоза. У этого белка, пронизывающего мембрану активированных цитотоксических Т-лимфоцитов и эпителиальных клеток дыхательных путей, есть внеклеточный домен, который связывается с рецептором FasR на поверхности других клеток (преимущественно лимфоцитов, а также гепатоцитов, раковых и некоторых других), что посредством активации протеаз caspase-8 и caspase-3/7 запускает апоптоз. Так поддерживается гомеостаз иммуноцитов, предотвращаются аутоиммунные процессы и уничтожаются клетки, экспрессирующие чужеродные антигены.
Проводимые на мышах эксперименты показали следующее: бактерии с нормальной протеазой Pla способствовали снижению количества FasL, что приводило к быстрой колонизации легких, в то время как йерсинии с инактивированной Pla размножались медленнее. Описанный механизм подавления иммунного ответа, по мнению ученых, может использоваться и другими патогенами, в особенности вызывающими инфекции дыхательный путей. А это, в свою очередь, открывает новые перспективы в борьбе с такими заболеваниями: можно подумать, например, над разработкой ингибиторов Pla или введением дополнительных молекул FasL [7].
Блохи — прожорливые кровососы. Питание особи может длиться от одной минуты до нескольких часов; некоторые виды умудряются заполнить свои желудки до отказа — так, что даже не успевают переварить свой кровавый обед. Возможно, именно этот факт сыграл для насекомых злую шутку, но пришелся как нельзя более кстати Y. pestis.
Рисунок 4. Крысы (Rattus norvegicus) являются переносчиками блох, а следовательно, и чумной палочки. Рисунок из [12].
Обзор
Автор
Редактор
Один монах, странствуя по белому свету, встретил Чуму, которая направлялась в его город.
— Ты куда это направляешься, Чума? — спросил он ее.
— Иду в твой родной город, — ответила она. — Мне нужно забрать там тысячу жизней.
Через некоторое время монах снова встретил Чуму на своем пути.
— Почему ты меня обманула тогда? — спросил он ее с укором. — Ты говорила, что должна забрать тысячу жизней, а забрала пять тысяч.
— Я тогда сказала тебе правду, — ответила Чума. — Я действительно забрала тысячу жизней. Остальные умерли от страха.
Жертвы чумы исчислялись сотнями тысяч и даже миллионами человек, вымирали города, становились безлюдными целые области, и ужас пандемий чумы затмевал ужасы всех войн, какие знала история человечества. Целые тысячелетия люди не понимали, что является источником заболевания [2].
Библия — одно из древнейших дошедших до нас свидетельств эпидемий чумы (1 книга Царств, глава 5; 4 книга Царств, глава 19, стихи 35–36). В мировой истории отмечают три пандемии этой болезни:
Бубонная форма чумы является наиболее распространенной формой заболевания и при отсутствии лечения приводит к гибели 40–60% заболевших. Легочная форма возникает либо как осложнение бубонной или септической форм, либо при вдыхании воздуха, зараженного возбудителем чумы. Если лечение не начинают в первые 24 часа после появления симптомов, смерть наступает через 48 часов [8].
В природе чумной микроб встречается практически на всех континентах, исключая Австралию, Антарктиду, а также Арктику, что обусловливает ежегодно регистрируемые случаи этой болезни. Стремительная эволюция микроорганизмов приводит к появлению популяций бактерий (штаммов), устойчивых к антибиотикам [9], что в случае с возбудителем чумы особенно опасно. Кроме того, этих бактерий могут использовать в качестве агента биотерроризма. Все вышесказанное объясняет необходимость изучения чумного микроба.
Возбудитель чумы Yersinia pestis — самая опасная бактерия в мире [10]. Что делает ее столь смертоносной?
Факторы вирулентности, или вооружен и очень опасен
Со времен открытия возбудителя чумы в 1894 году французом Александром Йерсеном и японцем Китасато Сибасабуро ученые пытались выяснить, что определяет патогенность Y. рestis. В результате многолетней тяжелой и рискованной работы, которая продолжается и по сей день, выделили следующие факторы патогенности возбудителя:
- белки внешней мембраны (Yersinia outer proteins — называемые Yop-белками, эффекторными белками, или комплексом Yop-вирулона) [11];
- комплекс области пигментации [12];
- активатор плазминогена [13];
- капсульный антиген [14];
- пили адгезии или pH6-антиген [15].
Белки внешней мембраны, или зачем возбудителю чумы шприц?
Рисунок 1. Схема действия системы секреции III типа.
Комплекс области пигментации, или может ли стать потребность в чем-либо фактором патогенности?
Активатор плазминогена, или двуликий Янус
При вдыхании чумных микробов (и развитии легочной чумы) этот белок обеспечивает быстрое размножение бактерий в тканях легких и приводит к развитию молниеносной пневмонии и отеку легких, тогда как в отсутствии Pla инфекция не развивается в смертельную пневмонию. Установлено, что активатор плазминогена нарушает постоянство внутренней среды организма хозяина и блокирует иммунные реакции, направленные на уничтожение патогена [27].
Капсульный антиген, или скользкий тип этот возбудитель чумы
Бактерии окружены капсулой из слизистого вещества (фракция I, Fra1), которая препятствует поглощению и обезвреживанию Y. pestis иммунными клетками организма-хозяина в процессе фагоцитоза. На выявлении этого вещества-антигена основаны многие современные методы лабораторной диагностики чумы, оно входит в состав многих экспериментальных химических вакцин против чумы. Однако позднее обнаружили популяции бактерий, лишенные капсулы [28]. Кроме того, слизистая капсула есть у многих других микроорганизмов, например, возбудителя сибирской язвы, туляремии. Капсульное вещество иерсинии образуют при температуре 37 °С.
Антигены, схожие с рН6, были обнаружены у ряда возбудителей, вызывающих менее опасные болезни — кишечные инфекции (Y. pseudotuberculosis [31], Y. enterocolitica [32], Escherichia coli [8]).
Температурный фактор, или то, что действительно имеет значение
Необходимо заострить внимание на особой роли температуры в физиологии чумного микроба. Именно при температуре 37 °С у него повышаются питательные потребности [33] и синтезируются практически все известные детерминанты вирулентности (рис. 2) [34]. У других бактерий подобная зависимость выражена в меньшей степени, что позволяет говорить о ведущей роли температурного фактора в вирулентности возбудителя чумы [8].
Геном или все важное внутри
Помимо хромосомы у чумного микроба есть плазмиды — внехромосомные участки ДНК [38]. Большинство белковых факторов вирулентности закодированы на плазмидах: эффекторные белки на плазмиде pCad; капсула — pFra; активатор плазминогена — рPla (pPst, pPCP). Плазмиды pFra и рPla обнаружены только у Y. pestis (видоспецифические), pCad является общей с возбудителем псевдотуберкулеза (родоспецифическая) [20].
Заключение
В настоящее время продолжается работа по выявлению новых, еще не изученных маркеров вирулентности [39]. С использованием 2D-электрофореза, масс-спектрометрии, полногеномного секвенирования проводят сравнительный анализ отличающихся по вирулентности популяций чумного микроба для выявления различий в их белковых спектрах и геномных последовательностях. Ранее не известные белки и участки генома становятся объектом пристального внимания и изучения как потенциальные детерминанты вирулентности.
Таким образом, патогенность возбудителя чумы — это множественный (полидетерминантный) признак. Соединение многих факторов в единое целое создает страшную угрозу чумных эпидемий, с противостоянием которым, однако, прогрессивное человечество успешно справляется.
Читайте также: