Årsaker til tuberkulose

Familien Mycobacteriaceae i ordenen Actinomycetales inneholder den ene slekten Mycobacterium. I 1975 inneholdt denne slekten omtrent 30 arter, og i 2000 hadde dette antallet allerede nærmet seg 100. De fleste mykobakterieartene er klassifisert som saprofytiske mikroorganismer, utbredt i miljøet.

Gruppen av obligate parasitter er ubetydelig, men dens praktiske betydning er stor og bestemmes av arten som forårsaker tuberkulose hos mennesker og dyr. Det er en oppfatning at forgjengerne til mykobakterier som er patogene for mennesker var gamle jordmykobakterier.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Taksonomi for mykobakterier

Alle mykobakterier er delt inn i de som er patogene for mennesker og de som er opportunistiske.

I klinisk mikrobiologi brukes flere tilnærminger for å klassifisere mykobakterier:

• av veksthastigheten og optimal temperatur, evnen til å danne pigment;
• for klinisk signifikante komplekser.

Mykobakterieartene som forårsaker tuberkulose er kombinert i M. tuberculosis-komplekset, som inkluderer M. tuberculosis, M. bovis, M. bovis BCG, M. africanum, M. microti og M. canettii. Nylig har M. pinnipedii og M. sarrae, som er fylogenetisk beslektet med M. microti og M. bovis, blitt lagt til det.

De gjenværende mykobakteriene som forårsaker ulike mykobakterier klassifiseres som ikke-tuberkuløse mykobakterier. Følgende komplekser skilles fra denne gruppen: M. avium, bestående av M. avium, M. intracellulare, M. scrofulaceum; M.fortuitum inkludert underartene M.fortuitum og M. chelonae, og M. terrae, inkludert M. terrae, M. triviale og M. nonchromogenicum. De viktigste gruppene er spedalskhetspatogenet M. leprae, samt ulcerøs lesjonspatogenet Buruli M. ulcerans.

Denne klassifiseringen forener mykobakteriearter med samme kliniske betydning, når deres finere differensiering ikke er essensiell. Biologiske, biokjemiske og molekylære metoder brukes til å identifisere arter innenfor grupper og komplekser.

Klassifiseringen av ikke-tuberkuløse mykobakterier basert på kulturelle forskjeller ble utviklet av Runyon i 1959. I følge den skilles det mellom fire grupper av mykobakterier.

Gruppe I - fotokromogene mykobakterier

Denne gruppen omfatter mykobakterier som ikke er pigmenterte når de dyrkes i mørket, men som får lys gul eller gul-oransje pigmentering etter lyseksponering. Potensielt patogene stammer som tilhører denne gruppen er M. asiaticum, M. kansasii, M. marinum, M. simiae. Blant mykobakteriene i denne gruppen finnes både hurtigvoksende (M. marinum) og saktevoksende (M. asiaticum, M. kansasii). Den optimale veksttemperaturen varierer fra 25 ^° C for M. simiae, 32–33 ^° C for M. marinum til 37 ^° C for M. asiaticum.

Den klinisk mest signifikante arten i vårt land er M. kansasii, som finnes i vannforekomster. M. kansasii-stammen (M. luciflavum) forårsaker sykdommer hos mennesker. Den vokser i et eggmedium som grove eller glatte kolonier, med et temperaturoptimum på 37 ^° C. Morfologisk er bakteriene av moderat lengde. To varianter av M. kansasii er beskrevet til dags dato: oransje og hvit. Når M. kansasii introduseres til marsvin, forårsaker den infiltrater og kompaktering av regionale lymfeknuter.

Gruppe II - skotokromogene mykobakterier (fra det greske ordet scotos - mørke)

Denne gruppen omfatter mykobakterier som danner pigment i mørket. Veksthastigheten er 30–60 dager. Denne gruppen omfatter M. aquae (M. gordonae) og M. scrofulaceum.

M. scrofulaceum regnes som en potensielt patogen art. På eggmedium vokser bakterier av denne arten som glatte eller ru kolonier med oransje farge. Morfologisk er mykobakterier stavformede, korte eller lange. De vokser ved en temperatur på 25–37 ^° C. Hos barn forårsaker de skade på lymfeknuter og lunger.

M. aquae (M. gordonae) klassifiseres som saprofytiske skotokromogene mykobakterier. De vokser i eggmedium som oransje kolonier ved en temperatur på 25–37 °C. Morfologisk er mykobakteriene stavformede og moderat lange (>5 μm). De finnes i vannforekomster.

Gruppe III - ikke-fotokromogene mykobakterier

Denne gruppen omfatter mykobakterier som ikke danner pigment eller har en blek gul farge som ikke intensiveres i lys. De vokser i 2–3 eller 5–6 uker. De omfatter: M. avium, M. intracellulare, M. xenopi, M. terrae, M. gastri, M. hattey, M. bruiiense.

M. avium (fuglemykobakterier) vokser på Lowenstein-Jensen-mediet som pigmenterte eller svakt pigmenterte kolonier ved 37 ^° C og 45 ^° C. Morfologisk er de staver av middels lengde. De kan være patogene for mennesker og en rekke forsøks- og husdyr (f.eks. griser). De finnes i vann og jord.

M. xenopi er isolert fra en padde. Unge kulturer vokser som upigmenterte kolonier. Senere dukker det opp et gult pigment. Morfologisk er de lange, filamentformede staver. De vokser ved en temperatur på 40–45 ^° C. De er betinget patogene for mennesker.

M. terrae ble først isolert fra reddik. De vokser på Lowenstein-Jensen-medium og som pigmentfrie kolonier. Den optimale veksttemperaturen er 37 ^° C. Morfologisk er de representert av staver av moderat lengde, saprofytter.

Gruppe IV - hurtigvoksende mykobakterier

Mykobakterier som tilhører denne gruppen kjennetegnes av rask vekst (opptil 7–10 dager). De vokser i form av pigmenterte eller ikke-pigmenterte kolonier, oftere i form av R-form. God vekst gis i 2–5 dager ved en temperatur på 25 ^° C. Denne gruppen inkluderer potensielt patogene mykobakterier M.fortuitum, samt saprofytiske mykobakterier, som M. phlei, M. smegmatis, etc. M. fortuitum gir synlig vekst på eggmediet på den 2–4. dagen i form av en "rosett". Morfologisk er mykobakterier representert av korte staver. På Lowenstein-Jensen-mediet kan de absorbere malakittgrønt og bli grønne. De er utbredt i naturen.

Runyon-klassifiseringen har vist seg å være svært praktisk for å identifisere de vanligste typene mykobakterier. Oppdagelsen av nye arter og fremveksten av et økende antall mellomformer av mykobakterier forårsaker imidlertid vanskeligheter med å registrere dem i en eller annen Runyon-gruppe.

M. tuberculosis er en ung evolusjonær formasjon. I den senere tid har det vært en tendens til å dele M. tuberculosis inn i klynger eller familier. De viktigste stammene er de som tilhører Beijing-familien, som kjennetegnes av klonal oppførsel og evnen til å forårsake mikroutbrudd av tuberkulose.

Morfologi av mykobakterier

Mykobakterier er tynne stavformede celler med den karakteristiske egenskapen syre- og alkoholfasthet (på et av vekststadiene), aerobe. Når de farges i henhold til Gram, er de svakt grampositive. Mykobakterier er immobile og danner ikke sporer. Konidier eller kapsler er fraværende. De vokser sakte eller veldig sakte på tette næringsmedier: ved optimal temperatur vises synlige kolonier etter 2–60 dager. Koloniene er rosa, oransje eller gule, spesielt når de vokser i lys. Pigmentet diffunderer ikke. Overflaten på koloniene er vanligvis matt (S-type) eller ru (R-type). Mykobakterier vokser ofte i form av slimete eller rynkete kolonier. På flytende medier vokser mykobakterier på overflaten. Den delikate tørre filmen tykner over tid, blir humpete og rynkete og får et gulaktig skjær. Kraften forblir gjennomsiktig, og diffus vekst kan oppnås i nærvær av vaskemidler. I mikrokoloniene til M. tuberculosis (dvs. i de tidlige stadiene) dannes strukturer som ligner snorer – et trekk som er assosiert med snorfaktoren.

Når mykobakterier tuberkulose farges med karbolfuksin, fremstår de som tynne, lett buede stenger med bringebærrød farge, som inneholder et varierende antall granuler.

Lengden på mykobakteriene er omtrent 1–10 µm og bredden er 0,2–0,7 µm. Noen ganger kan man finne buede eller vridde varianter. Mikroorganismer som befinner seg enkeltvis, i par eller i grupper, skiller seg godt ut mot den blå bakgrunnen til andre komponenter i preparatet. Bakterieceller kan ofte være ordnet i form av romertallet «V».

Preparatet kan også avsløre endrede kokkoidsyreresistente former av patogenet, avrundede, sfæriske eller mycellignende strukturer. I dette tilfellet må et positivt svar bekreftes med ytterligere metoder.

Strukturen til celleveggen til mykobakterier

Celleveggen til mykobakterier er den mest komplekse sammenlignet med andre prokaryoter.

Mens gramnegative bakterier har to membraner, består den mykobakterielle celleveggen av flere lag, hvorav noen inneholder sukkerarter og er preget av en relativt konstant sammensetning. De ytre lagene har en skiftende kjemisk sammensetning og er hovedsakelig representert av lipider, hvorav de fleste er mykolsyrer og deres derivater. Som regel er disse lagene ikke synlige under elektronmikroskopi. Det primære rammeverket i celleveggen er tverrbundne peptidglykaner - et elektrontett lag. Arabinogalaktanlaget gjentar peptidglykanlaget og danner et polysakkaridstroma i celleveggen. Det har forbindelsespunkter med peptidglykanlaget og strukturer for binding av mykolsyrer og deres derivater.

Mykolsyrer finnes i form av frie sulfolipider og cordfaktor, hvis tilstedeværelse på celleoverflaten er assosiert med den karakteristiske dannelsen av M. tuberculosis-kolonier i form av flageller. Mykolsyrers unike og nøkkelrolle i den strukturelle organiseringen og fysiologien til mykobakterier gjør dem til et utmerket mål for etiotropisk terapi.

Glykolipidlaget kalles «mykosider» og sammenlignes noen ganger med en mikrokapsel. Mykosider er strukturelt og funksjonelt like lipopolysakkaridene i den ytre membranen til gramnegative bakterier, men mangler sin aggressivitet; likevel er de giftige og (i likhet med cordfaktor og sulfolipider) forårsaker dannelsen av granulomer.

Cellemembranen og lagene i celleveggen er gjennomsyret av kanaler eller porer, blant hvilke vi kan skille passive porer med kort levetid, som gir kontrollert diffusjon av stoffer, og kanaler med lengre levetid, som gir energiavhengig transport av stoffer.

En annen komponent i den mykobakterielle celleveggen er lipoarabinomannan. Den er forankret til plasmamembranen, trenger inn i celleveggen og kommer ut på overflaten. I denne forbindelse ligner den på lipoteikoinsyrene hos grampositive bakterier eller lipopolysakkarid-O-antigenet hos gramnegative bakterier. De terminale fragmentene av lipoarabinomannan, primært mannoseradikalene, undertrykker uspesifikt aktiveringen av T-lymfocytter og leukocytter i perifert blod. Dette fører til en forstyrrelse av immunresponsen mot mykobakterier.

Variasjon og former for eksistens av mykobakterier

Bakteriers persistens har en spesiell patogenetisk betydning. Laboratorieforsøk utført in vitro og in vivo har vist at de bakteriedrepende legemidlene isoniazid og pyrazinamid bare dreper mykobakterier i reproduksjonsfasen. Hvis mykobakteriene er i fasen med lav metabolsk aktivitet (dvs. bakterieveksten er nesten fullstendig suspendert og bakteriene kan kalles "sovende"), påvirker ikke bakteriedrepende legemidler dem. Denne tilstanden kalles vanligvis sovende, og mikroorganismene kalles persistere. Persistere er ikke følsomme for cellegift, dvs. de oppfører seg som resistente mikroorganismer. Faktisk kan de beholde følsomheten for legemidler.

En kraftig stimulus for overgangen av mykobakterielle celler til en sovende tilstand er cellegift, samt faktorer i vertens immunsystem. Persister kan forbli i lesjonene i måneder eller til og med år. Under persistensen kan mykobakterier transformeres til L-former. I denne formen viser mykobakterier ekstremt lav metabolsk aktivitet, primært rettet mot å øke tykkelsen på celleveggen og den ekstracellulære matriksen, noe som forhindrer enkel diffusjon av stoffer. I tillegg akkumulerer mykobakterier genetisk materiale, noe som øker sannsynligheten for å gjenskape en normalt fungerende celle når gunstige forhold oppstår. Deteksjon av L-former ved standard mikrobiologiske metoder er vanskelig.

Hvis sovende mykobakterier gjenvinner metabolsk aktivitet og begynner å formere seg under cellegiftbehandling, dør de raskt. Hvis cellegiftbehandlingen fullføres, fortsetter slike "gjenopplivede" mykobakterier å formere seg og forårsaker et tilbakefall av sykdommen. Dette forklarer begrunnelsen for lange cellegiftkurer og bruken av påfølgende korte profylaktiske, vanligvis sesongbaserte, cellegiftprofylaksekurer.

Fysiologi av mykobakterier

I prokaryotenes rike er mykobakterier de ubestridte lederne innen syntese av komplekse organiske forbindelser. De har sannsynligvis den mest fleksible metabolismen, noe som gir den nødvendige variasjonen for overlevelse både i det ytre miljøet og i makroorganismen. Til dags dato er mer enn 100 enzymatiske reaksjoner beskrevet, noe som viser den forgrenede og komplekse naturen til mykobakteriell metabolisme. For å syntetisere endelige forbindelser eller gi de nødvendige fysiologiske funksjonene i mykobakterier, kan parallelle metabolske veier utføres avhengig av tilgjengeligheten av substratet, det kjemiske miljøet, tilveiebringelse av respirasjonssykluser med de nødvendige komponentene (metallioner, partialtrykk av oksygen, karbondioksid, etc.).

Biokjemiske egenskaper til mykobakterier

[ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]

Lipidmetabolisme

Cellevegglipider, som utgjør opptil 60 % av cellens tørrmasse, bestemmer de ikke-standardiserte tinktoriale, fysiologiske og økologiske egenskapene til mykobakterier.

De spesifikke lipidene til mykobakterier som er beskrevet til dags dato er delt inn i 7 hovedgrupper i henhold til strukturelle trekk:

1. fettsyrederivater av karbohydrater (hovedsakelig trehalose - cordfaktor):
2. fosfatidylmyoinositolmannosider:
3. fettsyrederivater av peptider;
4. N-acylpeptidglykosider - mykosider C;
5. fettsyreestere av ftioceroler;
6. mykosider A, B. G;
7. glyserolmykolater.

Lipider i gruppene 4–6 finnes bare i mykobakterier.

Blant de unike er det verdt å merke seg tuberkulostearinsyre og tuberkulopalmitinsyre, som er forløpere til mykolsyre.

Mykolsyrer er en gruppe høymolekylære fettsyrer med en kjedelengde på opptil 84 karbonatomer, hvis struktur i hovedkjeden bestemmes av mikroorganismens systematiske posisjon og vekstforholdene. Deres lave reaktivitet sikrer høy kjemisk resistens i celleveggen til mykobakterier. Mykolater undertrykker enzymatisk spalting av celleveggen og frie radikalreaksjoner.

Cordfaktor er klassifisert som en lipidgruppe 1. Den er assosiert med høy toksisitet av mykobakterier og virulens.

Overflateaktive lipider, eller sulfolipider, spiller en viktig rolle i den intracellulære tilpasningen av mykobakterier. Sammen med cordfaktoren danner de cytotoksiske membranotrope komplekser.

Lipoarabinomannan er en heterogen blanding av høymolekylære lipopolysakkarider: forgrenede polymerer av arabinose og mannose med diacylglycerolderivater av palmitinsyre og tuberkulostearinsyre.

Mykosider C er peptidglykolipider som danner den ytre membranen til mykobakterier, som kan observeres under elektronmikroskopi som en gjennomsiktig sone i periferien av cellene. Mykosider er artsspesifikke forbindelser. De antigene egenskapene til mykobakterier avhenger av typen deres.

Den kvantitative og kvalitative sammensetningen av lipidforbindelser i mykobakterier er dynamisk og avhenger av cellenes alder, næringsmediets sammensetning og miljøets fysisk-kjemiske egenskaper. Unge mykobakterieceller begynner å danne en cellevegg ved å syntetisere lipopolysakkarider med relativt korte alifatiske kjeder. På dette stadiet er de ganske sårbare og tilgjengelige for immunsystemet. Etter hvert som celleveggen vokser og høymolekylære lipider dannes, får mykobakterier motstand og likegyldighet i sin interaksjon med immunsystemet.

Karbohydratmetabolisme

Den mest foretrukne karbonkilden for mykobakterier er glyserol.

De viktigste karbohydratene er arabinose, mannose og maltose, som utgjør mer enn halvparten av alle sakkarider. I tillegg spiller trehalose, glukose, fruktose, galaktose, rhamnose og noen andre sakkarider en rolle i cellens vitale aktivitet. I dette tilfellet skjer syntesen langs hydrolase- og aldolaseveiene. Pyruvatveien brukes til å syntetisere glykogen. Arabinose og mannose deltar i dannelsen av viktige strukturelle forbindelser. Pentosefosfatveien for glukoseoksidasjon brukes til å utvinne energi. Den tilveiebringes av enzymene malat-, isocitrat- og succinatdehydrogenaser, noe som gir fleksibilitet til luftveiene.

Glyoksylatveien, som mykobakterier bruker for å innlemme frie fettsyrer som akkumuleres under mykobakteriell vekst i trikarboksylsyresyklusen, er unik. Denne syklusen har tiltrukket seg forskeres oppmerksomhet som en mulig mekanisme for mykobakteriell kjemotaksi under persistens.

Nitrogen- og aminosyremetabolisme

Mykobakteriers utnyttelsesgrad av nitrater, nitritter og hydroksylaminer kan brukes til å identifisere arter. Mykobakterier foretrekker asparagin som nitrogenkilde. Syntesen av aminosyrer er en energiavhengig prosess og tilveiebringes av en gruppe enzymer som tillater bruk av andre aminosyreforbindelser, som glutamat.

Nitritt- og nitratreduktaseaktivitet

Mycobacterium tuberculosis kan danne adenosintrifosfat (ATP) ved å overføre elektroner langs en kjede av bærere som ender på NO3- _i stedet for O2 _. Disse reaksjonene reduserer NO3 _til NH3 _i mengder som er nødvendige for syntesen av aminosyrer, purin- og pyrimidinbaser. Dette oppnås gjennom den sekvensielle virkningen av nitrat- og nitrittreduktaser.

Katalase- og peroksidaseaktivitet

Katalase forhindrer akkumulering av hydrogenperoksid, som dannes under aerob oksidasjon av reduserte flavoproteiner. Enzymaktiviteten avhenger av mediets pH og temperaturen. Ved en temperatur på 56 °C er ikke katalase aktiv. Det finnes tester for tilhørighet til det patogene komplekset av mykobakterier, basert på katalasens termolabilitet.

Det er kjent at 70 % av Mycobacterium tuberculosis-stammer som er resistente mot isoniazid, mister sin katalase- og peroksidaseaktivitet.

Peroksidase- og katalaseaktivitet utføres av det samme enzymkomplekset.

[ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Vitaminer og koenzymer

M. tuberculosis inneholder B-vitaminer (riboflavin, pyridoksin, cyanokobalamin, tiamin), vitamin C og K, para-aminobenzosyre, pantotensyre og nikotinsyre, biotin og folsyre.

Metabolisme, ernæring og respirasjon av mykobakterier

Under normale, gunstige forhold er mykobakterier tuberkulose strengt aerobe og mesofile, dvs. de vokser i nærvær av oksygen og i temperaturområdet 30–42 ^° C, helst ved 37 ^° C. Under ugunstige ytre forhold og/eller oksygenmangel manifesterer mykobakterier tuberkulose seg som mikroaerofiler og til og med som anaerober. I dette tilfellet gjennomgår metabolismen deres betydelige endringer.

_{Når det gjelder oksygenforbruk og utvikling av oksidasesystemer, ligner mykobakterier på ekte sopper. Vitamin K9} fungerer som en kobling mellom NADH-dehydrogenase og cytokrom b i overføringssystemet til slekten Mycobacterium. Dette cytokromsystemet ligner det mitokondrielle. Det er følsomt for dinitrofenol, akkurat som i høyere organismer.

Den beskrevne typen respirasjon er ikke den eneste kilden til ATP-dannelse. I tillegg til O2 terminalen kan mykobakterier bruke respirasjonskjeder som overfører elektroner og ender med nitrater (NO3- ₎^. Reservatet i respirasjonssystemene til mykobakterier er glyoksylatsyklusen.

Anoksisk (endogen) respirasjon, som forekommer i en atmosfære med en oksygenkonsentrasjon på mindre enn 1 %, stimuleres av azidforbindelser, som reduserer oksidasjonen av pyruvat eller trehalose.

Vekst og reproduksjon av mykobakterier

Mycobacterium tuberculosis formerer seg ekstremt sakte: doblingsperioden er 18–24 timer (normale bakterier deler seg hvert 15. minutt). Derfor kreves det minst 4–6 uker for å oppnå synlig vekst av typiske kolonier. En av grunnene til den langsomme reproduksjonen av mykobakterier anses å være deres uttalte hydrofobisitet, noe som kompliserer diffusjonen av næringsstoffer. Det er mer sannsynlig at dette er genetisk bestemt og er assosiert med en mer kompleks struktur av mykobakterier. Det er for eksempel kjent at de fleste bakterier har flere kopier av det ribosomale ribonukleinsyre (rRNA)-operonet. Saktevoksende mykobakterier (M. tuberculosis, M. leprae) har én kopi av operonet, og hurtigvoksende (M. smegmatis) har bare to kopier.

Når de dyrkes i flytende medier, vokser mykobakterier på overflaten. Den delikate tørre filmen tykner over tid, blir humpete og rynkete, og får et gulaktig skjær, ofte sammenlignet med fargen på elfenben. Kraften forblir gjennomsiktig, og diffus vekst kan bare oppnås i nærvær av vaskemidler, som Tween-80. I mikrokolonier (dvs. i tidlige stadier) dannes strukturer som ligner bunter – et trekk assosiert med navelstrengsfaktoren til M. tuberculosis.

Genetikk av mykobakterier

Slekten Mycobacterium er genetisk svært mangfoldig. I motsetning til mange saprofytiske og ikke-tuberkuløse mykobakterier inneholder ikke Mycobacterium tuberculosis ekstrakromosomale inklusjoner (f.eks. plasmider). Hele mangfoldet av egenskaper til Mycobacterium tuberculosis bestemmes av kromosomet.

Genomet til M. tuberculosis-komplekset er ekstremt konservativt. Representantene har DNA-homologi på nivået 85–100 %, mens DNAet til andre arter av mykobakterier bare er homologt med M. tuberculosis med 4–26 %.

Representanter for slekten Mycobacteria har store genomer sammenlignet med andre prokaryoter – 3,1–4,5x109 ^Da. Imidlertid er genomene til patogene arter mindre enn for andre mykobakterier (hos M. tuberculosis – 2,5x109 ^Da ). Den klassiske årsaken til menneskelig tuberkulose, M. tuberculosis, har flere gener enn M. africanum og M. bovis, som har mistet noe av sitt genetiske materiale under evolusjonen.

I 1998 ble nukleotidsekvensen til kromosomet til H37Rv-stammen av M. tuberculosis publisert. Lengden er 4 411 529 basepar. Kromosomet til tuberculosis-mykobakterien har en ringstruktur. Det inneholder omtrent 4000 gener som koder for proteiner, samt 60 kodende for funksjonelle RNA-komponenter: et unikt ribosomalt RNA-operon, 10Sa RNA, som deltar i nedbrytningen av proteiner med atypisk matriks-RNA, 45 transport-RNA (tRNA) og mer enn 90 lipoproteiner.

Mer enn 20 % av genomet er okkupert av gener for celleveggens fettsyremetabolisme, inkludert mykolsyrer, glysinrike sure polypeptider (PE- og PPE-familier), kodet av polymorfe regioner i henholdsvis PGRS-genomet (Polymorphic GC-rich repetitive sequence) og MPTR-genomet (Major polymorphic tandem repeat) (den femte og fjerde ringen i det genomiske kromosomkartet). Variasjonen i disse genomregionene sikrer forskjeller i antigener og evnen til å hemme immunresponsen. Genomet til Mycobacterium tuberculosis inneholder i stor grad gener som kontrollerer virulensfaktorer.

Mycobacterium tuberculosis syntetiserer alle komponentene som er nødvendige for metabolismen: essensielle aminosyrer, vitaminer, enzymer og kofaktorer. Sammenlignet med andre typer bakterier har M. tuberculosis økt aktivitet av lipogeneseenzymer. To gener koder for hemoglobinlignende proteiner som fungerer som antioksidantbeskyttere eller feller for overflødig cellulært oksygen. Disse egenskapene muliggjør rask tilpasning av Mycobacterium tuberculosis til brå endringer i miljøforhold.

Et særegent trekk ved M. tuberculosis-kompleksets genom er et stort antall repeterende DNA-sekvenser. Kromosomet til M. tuberculosis H37Rv inneholder dermed opptil 56 kopier av IS-elementer (innsettingssekvenser), som gir DNA-polymorfisme av Mycobacterium tuberculosis. De fleste av dem, med unntak av IS6110-elementet, er uendret. Kromosomene til forskjellige stammer av Mycobacterium tuberculosis inneholder vanligvis fra 5 til 20 kopier av IS6110, men det finnes stammer som ikke har dette elementet. Sammen med IS-elementer inneholder genomet flere typer korte nukleotidrepetisjoner (PGRS og MPTR), samt direkte repetisjoner DR (Direct Repeat), som ligger i DR-regionen og atskilt av variable sekvenser - spacere (den sjette ringen på kromosomkartet). Forskjeller i antall kopier og lokalisering på kromosomet til disse genetiske elementene brukes til å differensiere stammer av Mycobacterium tuberculosis i molekylær epidemiologi. De mest avanserte metodene for genotyping av mykobakterier er basert på deteksjon av genomisk polymorfisme forårsaket av IS6110-elementet, samt DR og deres spacere. Det er karakteristisk at divergensen mellom M. tuberculosis-artene som regel oppstår på grunn av rekombinasjoner mellom kopier av IS6110-elementet, som flankerer forskjellige gener.

To profager, phiRv1 og phiRv2, ble funnet i H37Rv-genomet. I likhet med det polymorfe Dral-setet er de sannsynligvis assosiert med patogenitetsfaktorer, siden disse områdene i genomet skiller seg fra lignende regioner i de avirulente stammene av M. tuberculosis H37Ra og M. bom BCG. Regioner i genomet (mutT, ogt-gener) som er ansvarlige for en økning i mutasjonsraten og tilpasningen av mykobakterier tuberkulose under pressforhold ble identifisert. Oppdagelsen av triggergener for dvaletilstand hos mykobakterier tuberkulose endret konseptet med latent tuberkuloseinfeksjon.

Studie av polymorfisme av gener som koder for katalase, peroksidase og A-subenheten til DNA-gyrase. Tre genotypiske grupper ble identifisert i M. tuberculosis-komplekset. Den eldste (fra et evolusjonssynspunkt) er gruppe I: M. africanum, M. bovis, M. tuberculosis og M. microti. Gruppe II og III inkluderer forskjellige stammer av M. tuberculosis, som har blitt utbredt i noen geografiske regioner. Klonal oppførsel er karakteristisk for gruppe I og II, og stammer av gruppe III forårsaker ekstremt sjelden massesykdommer. Genetiske familier av M. tuberculosis, som fikk navnene Haarlem, Afrika og Filippinene, er utbredt i forskjellige regioner av verden.

En spesiell plass inntar Beijing-familien, som først ble identifisert i histologiske preparater av lungevev fra pasienter i forstedene til Beijing i 1956–1990. Til dags dato er stammer av denne familien funnet i asiatiske land, Sør-Afrika, Karibia og USA. Spredningen av denne genotypen i forskjellige territorier bestemmes av de etniske egenskapene til urbefolkningen og migranter. Nylig er det innhentet data om spredningen av stammer av SI/Beijing-genotypen nordvest i den europeiske delen av Russland (St. Petersburg) og i regionene i Sibir.

Mykobakteriell resistens

Under utviklingen har tuberkulosemykobakterier utviklet ulike mekanismer for å overvinne eller inaktivere ugunstige miljøfaktorer. For det første er dette en kraftig cellevegg. For det andre er dette omfattende metabolske evner. De er i stand til å inaktivere mange cellulære giftstoffer og stoffer (forskjellige peroksider, aldehyder og andre) som ødelegger cellemembranen. For det tredje er dette morfologisk plastisitet, som består i transformasjonen av mykobakterier (dannelsen av L-former av sovende celler). Når det gjelder stabilitet, inntar de etter sporedannende bakterier en ledende plass i prokaryotenes rike.

Patogenet forblir levedyktig i tørr tilstand i opptil 3 år. Ved oppvarming kan tuberkulosemykobakterier tåle temperaturer betydelig høyere enn 80 °C. I dag antas det at tuberkulosemykobakterier som finnes i sputum forblir levedyktige når sistnevnte kokes åpent i 5 minutter.

Mycobacterium tuberculosis er resistent mot organiske og uorganiske syrer, alkalier, mange oksidasjonsmidler, samt en rekke antiseptiske og dehydrerende stoffer som har en skadelig effekt på andre patogene mikroorganismer. Mycobacterium viser resistens mot effekten av alkoholer og aceton.

Det bemerkes at produkter basert på kvaternært ammonium ikke viser antituberkuloseaktivitet. Under visse forhold har heller ikke konsentrasjoner av klor og oksygenradikaler på opptil 0,5 % en skadelig effekt på tuberkulosemykobakterier. Dette innebærer at det er umulig å bruke slike produkter til å sterilisere sputum og annet infisert biologisk materiale.

Mycobacterium tuberculosis er ufølsom for diffust sollys og kan eksistere i det ytre miljøet i mer enn et år uten å miste levedyktighet. Kortbølget ultrafiolett stråling har en universell bakteriedrepende effekt på alle mikroorganismer. Men under reelle forhold, når Mycobacterium tuberculosis er suspendert i form av cellulære agglomerater med støvpartikler, øker motstanden deres mot ultrafiolett stråling.

Den høye overlevelsesraten for tuberkulosemykobakterier bidrar til den ekstremt utbredte spredningen av denne infeksjonen blant befolkningen, uavhengig av klimatiske forhold. Dette er imidlertid ikke den eneste faktoren som bidrar til globaliseringen av problemet – tuberkulosemykobakterier kan vedvare i menneskekroppen i lang tid og reaktiveres med ubegrensede intervaller.

Lokalisering av tuberkulose-mykobakterien inne i makrofager gir tilstrekkelig substratstabilitet, tatt i betraktning "levetiden" til mononukleære fagocytter og varigheten av mykobakteriell replikasjon, samt isolering fra humorale immunitetseffektorer. Samtidig velger patogenet en biotop som er uakseptabel for de fleste mikroorganismer på grunn av dens potensielle fare. Denne symbiosen tilveiebringes av en rekke adaptive mekanismer hos mykobakterier.

Prosessen med makrofagskade og parasittisme i den ser slik ut: penetrering av mykobakterier inn i makrofagen uten aktivering; undertrykkelse av dannelsen av fagolysosomer eller deres transformasjon til en sone som er komfortabel for bakterier; gjennombrudd fra fagosomer inn i cytoplasmaet med inaktivering av antimikrobielle faktorer; forstyrrelse av cellens vitale aktivitet; svekkelse av makrofagenes følsomhet for aktiverende signaler fra T-lymfocytter; reduksjon av makrofagenes antigenpresenterende funksjon og tilhørende svekkelse av reaksjonene til cytotoksiske T-lymfocytter som er konfigurert til å ødelegge infiserte celler.

Celleveggens egenskaper spiller selvsagt en viktig rolle i å sikre dette, i tillegg til metabolske og funksjonelle evner. Ved første kontakt med mykobakterier er ikke makroorganismens immunsystem i stand til å aktivere humoral immunitet, raskt nøytralisere og eliminere cellen fra kroppen, siden de mobile alifatiske kjedene i mykobakterieveggen ikke tillater en vurdering av patogenets overflatestrukturer og overfører relevant informasjon for syntesen av det nødvendige settet med antistoffer.

Mykobakteriers høye hydrofobisitet sikrer uspesifikk, dvs. reseptoruavhengig, kontakt med makrofager. Ved å danne et fagosom rundt mykobakteriecellen, plasserer makrofagen den inni seg selv. Overflatemykosid- og lipoarabinomannan-komplekser kan gjenkjennes av reseptorer, men signalene som utløses gjennom dem aktiverer ikke eller aktiverer svakt makrofager. Som et resultat er fagocytose ikke ledsaget av frigjøring av frie radikalformer av oksygen og nitrogen. Det antas at dette er mer karakteristisk for virulente stammer av M. tuberculosis, som på grunn av de strukturelle egenskapene til lipoarabinomannan initierer "ikke-aggressiv" fagocytose. Andre makrofagreseptorer, spesielt CD 14 og reseptorer for komplementkomponenten C3 (CR1-CR3), deltar også i gjenkjenningen av M. tuberculosis.

Etter å ha trengt inn i makrofagen, inkluderer mykobakterien en rekke mekanismer som forhindrer dannelsen av fagolysosomet: produksjon av ammonium, som alkaliserer miljøet inne i fagosomet, syntese av sulfolipider, noe som fører til dannelsen av en negativ ladning på overflaten av fagosomet, som forhindrer fusjon av fagosomet og lysosomet.

Hvis et fagolysosom dannes, er mykobakterien, takket være sitt kraftige voksaktige skall, i stand til å slukke frie radikalreaksjoner forårsaket av bakteriedrepende stoffer i fagocytter. Ammonium alkaliserer miljøet, blokkerer aktiviteten til lysosomale enzymer, og sulfolipider nøytraliserer membranotrope kationiske proteiner. I tillegg produserer tuberkulosemykobakterier svært aktive enzymer med katalase- og peroksidaseaktivitet, som konkurrerer med peroksidasesystemene til makrofager, og samtidig inaktiverer lysosomhydroperoksider. Alt dette øker mykobakterienes motstand mot oksidativt stress.

Videre tilpasning av mykobakterier består i å bruke jernholdige forbindelser fra makrofager til deres enzymsystemer og blokkere de immunspesifikke funksjonene til makrofager. Makrofager er et av hovedreservoarene for jern, og overskuddet av dette akkumuleres i form av ferritin. Jerninnholdet i alveolære makrofager er 100 ganger høyere enn i blodmonocytter, noe som absolutt bidrar til at de koloniseres av tuberkulosemykobakterier.

Mykobakterier har toksiske effekter på makrofager ved hjelp av endotoksiner og uspesifikke faktorer. Begge påvirker primært respirasjonssystemet til makrofager - mitokondrier. Endotoksiner inkluderer mykoliske arabinolipider, som hemmer mitokondriell respirasjon. Uspesifikke toksiner inkluderer produkter fra syntesen av lipiddelen av den mykobakterielle cellen - ftien og ftionsyrer, som forårsaker frakobling av oksidativ fosforylering. Økte metabolske prosesser under disse forholdene er ikke ledsaget av riktig ATP-syntese. Vertscellene begynner å oppleve energimangel, noe som fører til hemming av deres vitale aktivitet, og deretter til cytolyse og apoptose.

Det er mulig at noen patogenitetsfaktorer kun dannes inne i infiserte celler, slik tilfellet er med andre bakterier som foretrekker en intracellulær livsstil. For eksempel uttrykker salmonella, som parasiterer inne i makrofager, i tillegg mer enn 30 gener. Til tross for den fullstendige beskrivelsen av genomet til tuberkulose-mykobakterien, er 30 % av kodonene relatert til proteiner med ukjente egenskaper.

Medikamentresistens hos mykobakterier

Fra et klinisk synspunkt avgjør en mikroorganismes medikamentfølsomhet om standard cellegiftbehandling med det angitte legemidlet kan brukes til å behandle sykdommen forårsaket av den isolerte stammen. Resistens «forutsier behandlingssvikt med legemidlet som testes». Med andre ord, bruk av standard cellegiftbehandling som resulterer i en systemisk legemiddelkonsentrasjon som vanligvis er effektiv under normale forhold, undertrykker ikke spredningen av «resistente mikroorganismer».

Innen mikrobiologi er definisjonen av medikamentfølsomhet eller medikamentresistens basert på populasjonstilnærmingen, som innebærer ulike grader av resistens i en pool (heterogent sett) av mikrobielle celler. Legemiddelresistens vurderes i kvantitative egenskaper, som for eksempel "minimum hemmende konsentrasjon" (MIC). For eksempel dør 90 % av mikroorganismene ved MIC-90 (bakteriostatisk konsentrasjon). Dermed bør resistens forstås som graden av resistens i en del av den mikrobielle populasjonen, noe som i de fleste tilfeller avgjør om behandlingen mislykkes. Det er generelt akseptert at 10 % av resistente stammer blant hele den mikrobielle populasjonen til en pasient kan ha en patogen effekt. Innen ftisiobakteriologi er det for førstelinje anti-tuberkulosemedisiner 1 %. eller 20 kolonidannende enheter - CFU). En slik del av den mikrobielle populasjonen er i stand til å fortrenge den opprinnelige i løpet av en måned og danne en lesjon. For andrelinje anti-tuberkulosemedisiner er kriteriet for resistens en 10 % økning i den mikrobielle populasjonen.

Utviklingen av medikamentresistens hos mikroorganismer er assosiert med seleksjon i nærvær av et antibiotikum og med den fortrinnsretten til overlevelse av en del av den mikrobielle populasjonen som har beskyttelsesmekanismer mot det antibakterielle midlet. Hver populasjon inneholder et lite antall mutante celler (vanligvis 10⁶ ^– 10⁶ ) som er resistente mot et bestemt legemiddel. Under cellegiftbehandling dør følsomme mikrobielle celler, og resistente celler formerer ^seg. Som et resultat erstattes følsomme celler av resistente celler.

Mykobakterier har i utgangspunktet høy naturlig resistens mot mange bredspektrede antibakterielle legemidler, men forskjellige arter har ulikt spektrum og grad av denne følsomheten.

Ekte naturlig resistens forstås som en permanent artsspesifikk egenskap ved mikroorganismer assosiert med fravær av et mål for virkningen av et antibiotikum eller utilgjengeligheten av målet på grunn av celleveggens initialt lave permeabilitet, enzymatisk inaktivering av stoffet eller andre mekanismer.

Ervervet resistens er individuelle stammers evne til å forbli levedyktige ved antibiotikakonsentrasjoner som undertrykker veksten av hoveddelen av den mikrobielle populasjonen. Ervervelse av resistens er i alle tilfeller genetisk bestemt: fremveksten av ny genetisk informasjon eller en endring i uttrykknivået til ens egne gener.

For tiden er det oppdaget ulike molekylære mekanismer for resistens mot Mycobacterium tuberculosis:

• antibiotikainaktivering (enzyminaktivering), for eksempel av β-laktamaser;
• modifisering av virkningsmålet (endring i proteinets romlige konfigurasjon på grunn av mutasjon i den tilsvarende regionen av genomet):
• hyperproduksjon av målet, noe som fører til en endring i forholdet mellom agens og mål og frigjøring av en del av bakteriens livsstøttende proteiner;
• aktiv fjerning av legemidlet fra den mikrobielle cellen (efflux) på grunn av aktivering av stressforsvarsmekanismer:
• endringer i permeabilitetsparametrene til de ytre strukturene til den mikrobielle cellen, som blokkerer antibiotikaens evne til å trenge inn i cellen;
• inkludering av en "metabolsk shunt" (bypass-metabolsk vei).

I tillegg til den direkte effekten på metabolismen til mikrobielle celler, fører mange antibakterielle legemidler (benzylpenicillin, streptomycin, rifampicin) og andre ugunstige faktorer (immunsystemets biocider) til forekomsten av endrede former for mykobakterier (protoplaster, L-former) og overfører også celler til en sovende tilstand: intensiteten av cellemetabolismen avtar og bakterien blir ufølsom for antibiotikaens virkning.

Alle mekanismer danner ulik grad av resistens, noe som gir resistens mot ulike konsentrasjoner av cellegiftmedisiner, så fremveksten av resistens hos bakterier er ikke alltid ledsaget av en reduksjon i antibiotikaens kliniske effektivitet. For å vurdere effektiviteten og prognosen for behandlingen er det viktig å vite graden av resistens.

For tiden er det identifisert minst ett gen for hvert førstelinjemedisin mot tuberkulose og for de fleste reservemedisiner. Spesifikke mutasjoner som fører til utvikling av resistente varianter av mykobakterier. I den utbredte fordelingen av medikamentresistens hos mykobakterier er en høy mutasjonsrate in vivo viktig, høyere enn in vitro.

[ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ], [ 23 ], [ 24 ], [ 25 ]

Typer medikamentresistens hos mykobakterier

Det skilles mellom primær og ervervet medikamentresistens. Mikroorganismer med primærresistens inkluderer stammer isolert fra pasienter som ikke har fått spesifikk behandling eller har fått medikamenter i en måned eller mindre. Hvis det er umulig å avklare faktumet om bruk av antituberkulosemedisiner, brukes begrepet "initial resistens".

Primær medikamentresistens er av stor klinisk og epidemiologisk betydning, og for korrekt vurdering er det derfor nødvendig å ikke gi cellegift til en nydiagnostisert pasient med tuberkulose før mikrobiologisk undersøkelse av det diagnostiske materialet. Frekvensen av primær medikamentresistens beregnes som forholdet mellom antall nydiagnostiserte pasienter med primær resistens og antallet av alle nydiagnostiserte pasienter som ble testet for medikamentfølsomhet i løpet av året. Hvis en resistent stamme isoleres fra en pasient under antituberkulosebehandling gitt i en måned eller mer, anses resistensen som ervervet. Frekvensen av primær medikamentresistens karakteriserer den epidemiologiske tilstanden til tuberkulosepatogenpopulasjonen.

Ervervet medikamentresistens blant nydiagnostiserte pasienter er et resultat av mislykket behandling (feil valg av legemidler, manglende overholdelse av regimet, reduksjon i medikamentdoser, inkonsekvent tilførsel og dårlig kvalitet på legemidlene). Disse faktorene fører til en reduksjon i den systemiske konsentrasjonen av legemidler i blodet og deres effektivitet, samtidig som de "utløser" forsvarsmekanismer i mykobakterielle celler.

For epidemiologiske formål beregnes hyppigheten av tidligere behandlede tilfeller. For dette formålet tas pasienter som er registrert for ny behandling etter en mislykket cellegiftkur eller tilbakefall med i betraktningen. Forholdet mellom antall resistente Mycobacterium tuberculosis-kulturer og antallet av alle stammer som er testet for medikamentresistens i løpet av året blant pasienter i denne gruppen på registreringstidspunktet beregnes.

I strukturen av medikamentresistens mot Mycobacterium tuberculosis skilles følgende ut:

Monoresistens - resistens mot et av antituberkuloselegemidlene, følsomhet for andre legemidler opprettholdes. Ved bruk av kompleks terapi oppdages monoresistens ganske sjelden og som regel mot streptomycin (i 10-15 % av tilfellene blant nydiagnostiserte pasienter).

Polyresistens er resistens mot to eller flere legemidler.

Multippel medikamentresistens er resistens mot isoniazid og rifampicin samtidig (uavhengig av tilstedeværelsen av resistens mot andre legemidler). Det er vanligvis ledsaget av resistens mot streptomycin, etc. For tiden har multippel medikamentresistens (MDR) hos tuberkulosepatogener blitt et epidemiologisk farlig fenomen. Beregninger viser at påvisning av patogener med MDR i mer enn 6,6 % av tilfellene (blant nydiagnostiserte pasienter) krever en endring i strategien til det nasjonale antituberkuloseprogrammet. I følge data fra overvåking av medikamentresistens varierer hyppigheten av MDR blant nydiagnostiserte pasienter fra 4 til 15 %, blant tilbakefall - 45–55 %, og blant tilfeller av mislykket behandling - opptil 80 %.

Superresistens er multippel medikamentresistens kombinert med resistens mot fluorokinoloner og et av de injiserbare legemidlene (kanamycin, amikacin, kapreomycin). Tuberkulose forårsaket av stammer med superresistens utgjør en direkte trussel mot pasientenes liv, siden andre andrelinjemedisiner mot tuberkulose ikke har en uttalt antibakteriell effekt. Siden 2006 har noen land organisert overvåking for spredning av mykobakteriestammer med superresistens. I utlandet betegnes denne MDR-varianten vanligvis som XDR.

Kryssresistens er når resistens mot ett legemiddel fører til resistens mot andre legemidler. Ved M. tuberculosis er mutasjoner assosiert med resistens vanligvis ikke sammenhengende. Utviklingen av kryssresistens skyldes likheten i den kjemiske strukturen til noen antituberkulosemedisiner. Kryssresistens oppdages spesielt ofte innenfor én gruppe legemidler, for eksempel aminoglykosider. For å forutsi kryssresistens er genetiske studier av mykobakterielle kulturer nødvendige i kombinasjon med mikrobiologiske studier av resistens.

Ikke-tuberkuløse mykobakterier

Ikke-tuberkuløse mykobakterier overføres ekstremt sjelden fra person til person. Hyppigheten av isolering av noen av artene deres fra materiale fra pasienter er sammenlignbar med hyppigheten av isolering av disse artene fra miljøobjekter. Smittekilder kan være husdyr og fugler, ubearbeidede produkter. Mykobakterier finnes i slaktemateriale og melk fra storfe.

Ifølge bakteriologiske laboratorier var forekomsten av ikke-tuberkuløse mykobakterier i 2004-2005 0,5-6,2 % blant alle mykobakterier hos nydiagnostiserte pasienter. Frekvensen kan sannsynligvis være noe høyere, siden metoden som brukes til å behandle det diagnostiske materialet ikke er optimal for ikke-tuberkuløse mykobakterier. Saprofytiske mykobakterier kan være tilstede i det diagnostiske materialet hvis innsamlingsreglene ikke følges, eller på grunn av materialets egenskaper (for eksempel kan M. smegmatis isoleres fra urinen til mannlige pasienter).

I denne forbindelse er det viktig å gjentatte ganger bekrefte den påviste typen mykobakterier fra pasientens materiale.

Mykobakterier påvirker huden, bløtvev og kan også forårsake mykobakteriose i lungene, noe som er spesielt vanlig ved immunsvikt. Ved lungelokalisering oppdages det oftere hos eldre menn med en historie med kroniske lungesykdommer, inkludert sopplesjoner.

Av alle mykobakterier er M. avium-intracellularae-komplekset den vanligste årsaken til lungemykobakteriose hos mennesker. Det forårsaker sykdommer i lungene, perifere lymfeknuter og disseminerte prosesser. I den nordlige delen av Europa forekommer omtrent 60 % av lungemykobakteriosene. Fibrokavernøse og infiltrative prosesser dominerer, og har et kronisk forløp på grunn av høy resistens mot antituberkulosemedisiner.

M. kansasii er årsakene til kronisk lungesykdom som ligner tuberkulose. Kjemoterapi er mer effektiv på grunn av den høyere følsomheten til M. kansasii for antibakterielle legemidler. M. xenopi og M. malmoense forårsaker hovedsakelig kroniske lungesykdommer. De kan forurense varmt- og kaldtvannsforsyningssystemer. Habitatet til M. malmoens er ikke fullt ut fastslått. M. xenopi viser ganske god følsomhet for antituberkulosebehandling. M. malmoense viser ganske høy følsomhet for antibiotika in vitro, men konservativ behandling er ofte ineffektiv og til og med dødelig. M. fortuitum og M. chelonae er anerkjent som årsakene til bein- og bløtvevssykdommer på grunn av direkte forurensning av et sår under traumer, kirurgi og penetrerende skader. De forårsaker opptil 10 % av lungemykobakterier. Det forekommer som en kronisk destruktiv bilateral lesjon, ofte dødelig. Antituberkulosemedisiner og bredspektrede antibiotika er ikke aktive eller har liten aktivitet mot disse typene mykobakterier.

I de sørlige regionene er mykobakterier i hud og bløtvev forårsaket av M. leprae og M. ulceranse utbredt. Identifisering av ikke-tuberkuløse mykobakterier utføres i laboratoriene til landets ledende anti-tuberkuloseinstitusjoner. Dette krever høy kvalifikasjon og godt laboratorieutstyr.