Таблица 24

Предпосылки генетической эволюции микроорганизмов*

*По J. Lederberg (1997)

Появление антибиотико-устойчивых микроорганизмов — эволюционный урок, демонстрирующий мощь демона Дарвина. Селекция антибиотико-резистентных бактерий и лекарственно-устойчивых паразитов часто не соответствует  используемым препаратам. Патогены могут «приобретать» новые гены резистентности и для того, чтобы сохраниться в природе среди непатогенных видов. Здесь они селекционируются, а возможно даже и создаются давлением антибиотиков соперничающих видов [Morse S., 1995].

Многие вирусы обладают способностью мутировать и благодаря этому постоянно образуют новые эпидемические и эпизоотические варианты. Наглядный пример — эпидемический вирус гриппа А.

Образование новых эпидемических  вариантов вируса гриппа. Вирус гриппа отличается от других респираторных вирусов своей способностью к значительным антигенным вариациям. Оба поверхностных антигена вируса гриппа подвержены двум типам вариаций: дрейфы и шифты. Антигенный дрейф заключается в минимальном изменении гемагглютинина и нейраминидазы, вызванном точечными мутациями в их генах. Антигенный шифт сопровождается значительными изменениями этих молекул, что является следствием замены сегментов их генов. Регулярные эпидемии вызваны «антигенным дрейфом» ранее уже циркулирующих вирусов гриппа. Изменения происходят в антигенных сайтах их поверхностных протеинов, обычно гемагглютинина, позволяя новым вариантам реинфицировать ранее инфицированных людей, так как из-за изменения антигенов вируса, он не распознаётся иммунной системой хозяина. Пандемии гриппа вызываются «шифтовыми» штаммами, и их появление трудно предугадать [Morse S., 1995].

Считается, что  природным резервуаром вируса гриппа А является водоплавающая птица, но возможно, что он поддерживается в природе среди водных простейших. Вирус реплицируется в клетках кишечного тракта уток и попадает в воду с их фекалиями. Молодняк инфицируется и разносит вирус по всему миру, передавая его домашней и одичавшей птице. Через контаминированную фекалиями воду и используемые для кормления животных птичьи тушки и потроха, вирус гриппа А инфицирует свиней и лошадей. Далее основным путем его передачи становится респираторный (рис. 45).

Рис. 45. Появление вируса гриппа H5N1 в Гонконге. Непатогенный штамм  вируса поддерживался ржанками и  через контаминированную воду был передан уткам. От них он попал в выводки цыплят и вместе с ними обосновался на гонконгском рынке живой птицы. Передаваясь между различными видами, вирус приобрел патогенность для цыплят и случайно проник в человеческую популяцию. Будучи высоко патогенным для цыплят и для отдельных (!) людей, вирус остался непатогенным для уток и гусей [Webster R., 1998].

Данные, полученные R. Webster и соавт. (1992), также показывают то, что утки являются только главным резервуаром вируса, а роль «смешивающего сосуда», в котором формируется новый для млекопитающих вирусный штамм, играют домашние свиньи. Стало понятно, почему вообще все пандемические вирусы гриппа прибывали из Китая. Объединение в сельском хозяйстве уток и свиней, представляющее собой чрезвычайно эффективную систему производства продовольствия и столетиями традиционно осуществляемая в некоторых регионах Китая, создавало естественную лабораторию для получения новых рекомбинантов вируса гриппа. R. Webster и соавт. (1992) также предположили, что условия для рекомбинации вирусов могут сегодня существовать и в некоторых высокоинтенсивных хозяйствах Европы.

Любопытно то, что  птичий вирус гриппа, циркулирующий  среди водоплавающей птицы, удивительно  стабилен. За последние 60 лет неполучено доказательств его эволюции. Такой высокий консерватизм свидетельствует о достижении им определенного оптимума в природном резервуаре, при котором любые нуклеотидные замены не создают вирусу никаких дополнительных преимуществ. Но это также свидетельствует и о том, что предковый вирус, ставший причиной пандемий «испанки» в 1918 г., азиатского гриппа 1957 г. и гонконгского гриппа 1968 г., продолжает поддерживаться в природном резервуаре, и будет поддерживаться еще неограниченно долго [Webster R, 1998].

Морфофизиологические  и биологические адаптации паразитов

Условия сохранения жизни хозяина требуют  от паразита максимальной приспособленности  к хозяину при возможно меньших  нарушениях его жизненных функций. Чем теснее контакт паразита и  хозяина, тем сильнее выражен  регресс ряда систем органов паразита, который сопровождается развитием  специализированных структур (органы фиксации), усложнением отдельных  систем (например, половой).

Морфофизиологические  адаптации связаны с изменением внешнего и внутреннего строения паразитов и функционирования их систем органов. Они подразделяются на:

- прогрессивные адаптации: наличие органов фиксации (присоски, крючья, коготки вшей, ротовой аппарат клещей); сложное строение наружных покровов (кутикула, тегумент); молекулярная "мимикрия" (сходство структуры белков и ферментов паразита и хозяина); выделение кишечными паразитами антиферментов (зашита от переваривания соками хозяина); внутриклеточное паразитирование; иммунносупрессивное действие паразитов (эндопаразиты секретируют протеазы, разрушающие иммунные комплексы и клетки хозяина) и др.

- регрессивные: редукция органов движения и некоторых систем (кровеносной, дыхательной); упрощение строения нервной системы и органов чувств.

1) Механическое повреждение органов и тканей: мигрирующие личинки аскарид нарушают целостность стенки кишечника и альвеол легких, клубки аскарид могут вызывать непроходимость кишечника, паразитирующий в печени кошачий сосальщик - закупорку желчных ходов. Присоски ленточных червей, ущемляя слизистую кишечника, приводят к некрозу тканей. Хоботки клещей и насекомых повреждают кожные покровы.

2. Токсико-аллергическое действие оказывают продукты жизнедеятельности или распада погибших паразитов. Приступ малярии связан с выходом в кровь продуктов метаболизма плазмодиев при разрушении эритроцитов. Массовая гибель личинок трихинелл при введении антигельминтиков может вызвать смерть больного от анафилактического шока. При "укусах" насекомых-эктопаразитов человек ощущает зуд в результате токсического действия их слюны на нервные окончания в коже. Кожные высыпания, зозинофилия, головные боли являются следствием действия продуктов обмена циркулирующих в крови личинок гельминтов.
3. Поглощение питательных веществ и витаминов из организма хозяина. Гельминтозы обычно сопровождаются гиповитаминозами (А и С). Широкий лентец в организме человека избирательно поглощает витамин В₁₂, что приводит к развитию анемии. Чем больше масса тела эндопаразита, тем большее количество питательных веществ он поглощает в организме хозяина (например, широкий лентец и бычий цепень).

4).Открытие  путей для вторичной инфекции: гельминты или их личинки, нарушая целостность кожных покровов или слизистой стенки кишечника, способствуют проникновению микроорганизмов.

5. Нарушение всех процессов обмена веществ у хозяина (белкового, углеводного, жирового и др.), общее ослабление организма, снижение его сопротивляемости и повышение чувствительности к другим заболеваниям (аскаридоз часто сочетается с дизентерией, брюшной тиф - с гельминтозами).

Паразиты  играют важную роль в стимулировании иммунной системы, поддержании ее на высоком уровне и в конечном итоге  в охране гомеостаза хозяина.

Ответные  реакции организма хозяина

Первая  реакция организма хозяина - попытка  убить паразита неспецифическими защитными  средствами (свободные радикалы, гидролазы), за Биологические адаптации связаны с размножением и жизненными циклами паразитов:

• гермафродитизм (чаще встречается у паразитов, чем у свободноживущих форм);
• преимущественное развитие половой системы и высокая плодовитость (цепень свиной - 100 тыс. яиц, аскарида человека - 250 тыс. яиц в сутки, свободноживущие ресничные черви - 5-10 яиц);
• совершенствование различных форм бесполого размножения (шизогония у споровиков, почкование у ленточных червей, полиэмбриония у сосальщиков - один мирацидий за два месяца дает 610 тыс. церкариев);
• сложные циклы развития с наличием нескольких личиночных стадий и сменой хозяев (сосальщики);

- миграции  по организму хозяина (аскарида, цепень свиной, трихинелла).

Механизмы адаптации паразита к хозяину  затрагивают все уровни системы "паразит-хозяин" (И.В. Оксов, 1991).

1. Видовой уровень: высокая плодовитость паразитов, разнообразие способов размножения, сложные жизненные циклы со сменой хозяев, паразитическими и свободноживущими поколениями, с различными покоящимися стадиями.
2. Организменный уровень: весь комплекс воздействий паразита на хозяина - изменение его поведения, гормонального статуса, подавление иммунитета (биологически активные вещества паразита угнетают хемотаксис лейкоцитов и подавляют их фагоцитарную активность).
3. Тканевой уровень: механизмы, обеспечивающие длительное существование паразита в "агрессивной" к нему ткани хозяина (антигенная мимикрия, капсулообразование). Капсулы физиологически активны. Они защищают паразита от антигенов хозяина, обеспечивают поступление питательных веществ и отток продуктов обмена.
4. Клеточный уровень: специфические изменения инвазированных клеток хозяина (гипертрофия клеток и органоидов, активация ферментных систем).

Патогенное  действие паразита на организм хозяина (первичное, или специфическое) обусловлено  его морфофизиологическими особенностями.

Характеристика "паразитарной системы"

Понятие "паразитарная система" введено  В.Н.Беклемишевым (1956). Она включает популяцию паразита определенного  вида, одну или несколько популяций  хозяина или хозяев и ту часть  среды, которая необходима для их существования. Паразитарные системы  бывают двухчленными (паразит-хозяин), трехчленными (паразит - переносчик или  промежуточный хозяин -окончательный хозяин) и множественными (паразит - несколько чередующихся промежуточных хозяев - окончательный хозяин). В паразитарной системе паразит всегда представлен особями одного вида. Другие члены системы могут быть представлены особями одной или нескольких разных популяций. На уровне особи мы говорим о патогенности паразита, который вызывает болезнь хозяина. На уровне популяции мы применяем термин "заболеваемость".

Попытка нейтрализовать факторы его "агрессии" (протеазы, ингибиторы ферментов), в  случае неэффективности этих действий проявляются различные уровни защитных реакций организма хозяина.

Клеточный уровень характеризуется изменением формы или величинь; пораженных паразитами клеток (эритроциты человека при малярии).

Тканевой  уровень защитных реакций - это способность организма хозяина изолировать паразита от здоровой ткани (личинок трихинелл в мышцах, токсоплазм в головном мозге). Вокруг паразита образуется соединительнотканная капсула, отмечается расширение кровеносных сосудов, скопление лейкоцитов, отложение солей извести. Капсула личинок трихинелл - форма адаптации к тканевому паразитизму.

Организменный уровень - иммунные ответные реакции хозяина на действие паразита (образование антител и иммунных лимфоцитов, фагоцитоз).

Антигены  многих паразитов сходны, поэтому  у хозяев вырабатываются общие защитные механизмы против многих паразитов. Формы иммунитета различны: абсолютный и относительный, активный и пассивный, врожденный и приобретенный. Затрудняет выработку иммунитета при паразитарных болезнях смена стадий развития возбудителя, так как антигены каждой стадии специфичны. Наиболее напряженный иммунитет вызывают личиночные стадии. Иммунные реакции хозяина проявляются в снижении скорости размножения паразитов и задержке их развития.

Массовые  заболевания в популяциях животных называются тизоотиями, а в популяциях человека - эпидемиями.