Материал: Яковлев В.П., Яковлев С.В. Рациональная антимикробная фармакотерапия

сахаридный — гидрофильными. В соответствии с этими свойствами липидный фрагмент ориентирован внутрь внешней мембраны, а полисахаридный — наружу.

ЛПС грамотрицательных бактерий, прежде всего его фрагмент липид А, играет клю- чевую роль в патогенезе системной воспалительной реакции, являясь наиболее активным из всех известных стимуляторов продукции провоспалительных цитокинов (интерлейкина-1, интерлейкина-6, фактора некроза опухолей).

Липополисахаридный слой практически не проницаем для экзогенных гидрофильных соединений, к которым относится большинство питательных веществ (сахаров, аминокислот) и антибиотиков. Транспорт перечисленных соединений внутрь бактериальной клетки осуществляется че- рез воронкообразные белковые структуры (порины, пориновые каналы), встроенные в липополисахаридный слой. Гидрофобные соединения (среди антибиотиков к таковым относятся хинолоны, макролиды и тетрациклины) способны диффундировать через липополисахаридный слой.

Сравнительно высокомолекулярные гидрофильные антибиотики, такие как гликопептиды, природные пенициллины, с трудом проникают через пориновые каналы грамотрицательных бактерий, чем и объясняется природная устойчивость этих микроорганизмов к перечисленным препаратам.

Кроме поринов, в состав внешней мембраны грамотрицательных микроорганизмов входят и другие белки, выполняющие транспортные функции.

Поверхностные структуры бактерий

К таким структурам относят жгутики, ворсинки, пили и гликокаликс.

Жгутики относятся к органеллам, ответственным за подвижность бактерий. Длина жгутиков обычно составляет около 100 нм, диаметр — 20 нм. Жгутики состоят из закрепленного в цитоплазматической мембране базального тела белковой природы, переходного фрагмента "крюка" и длинной спиральной цепи, состоящей из мономеров белка флагеллина. При движении жгутики вращаются, как пропеллер; вращение ге-

нерируется в базальном теле, однако биохимические детали этого процесса изуче- ны недостаточно.

Движение бактерий может быть хаотич- ным или направленным. В последнем слу- чае в зависимости от стимула различают хемотаксис, фототаксис, аэротаксис и магнетотаксис.

Ворсинки и пили внешне напоминают жгутики, однако они не участвуют в движении бактерий. Ворсинки (фимбрии), как правило, имеются у бактерий в большом количестве. Они короче жгутиков, а их основная функция — обеспечение адгезии микроорганизмов к эпителиальным поверхностям. Ворсинки представляют собой тонкие и длинные белковые структуры диаметром около 10 нм и длиной в несколько сотен нанометров. Дистальная часть ворсинки представлена еще более тонкой фибриллой, на конце которой располагается молекула собственно адгезина. Бактериальными адгезинами, как правило, являются белковые молекулы, а рецепторами — карбогидраты фрагментов клеток эпителия. У грамотрицательных бактерий различают несколько типов ворсинок, основой для классификации служат структура ворсинок, рецептор связывания и механизм сборки. Один штамм микроорганизмов может иметь несколько типов ворсинок. Адгезины Р-ворси- нок E. coli (белок PapG) связываются с карбогидратными фрагментами Galα(1-4)Gal- мембран клеток уроэпителия, а ворсинки I типа — с остатками маннозы.

Структура пилей напоминает структуру ворсинок, тем не менее они значительно длиннее и обнаруживаются на бактериальных клетках в незначительном количе- стве. Одной из функций пилей является прикрепление к различным поверхностям. Однако не меньшее значение имеет их участие в передаче генетической информации при конъюгации. Посредством половых пилей (F-пилей) происходит прикрепление бактерии-донора к бактерии-реци- пиенту. После прикрепления пили служат каналом для передачи ДНК.

Если жгутики, ворсинки и пили характерны преимущественно для грамотрицательных микроорганизмов, то наличие гликока-

ликса — в основном для грамположительных бактерий. Выделяют два основных варианта гликокаликса: капсулу и слизь. По структуре обе формы гликокаликса схожи и представляют собой сеть поверхностного гликопротеина. Различия касаются про- чности связи с клеткой. Если капсула связана достаточно прочно, то слизь легко отделяется от бактериальной клетки. Функции гликокаликса связаны с прикреплением к поверхностям, антифагоцитарной защитой, предотвращением высыхания и сохранением питательных веществ.

Метаболизм и биохимическая активность микроорганизмов

Дифференцирование отдельных видов микроорганизмов внутри крупных таксономиче- ских групп на основании морфологии и характера окраски по Граму невозможно. Так, при световой микроскопии Escherichia coli (кишечная палочка) микроорганизм, входящий в состав нормальной микрофлоры, и возбудитель брюшного тифа (Salmonella typhi) выглядят практически одинаково.

Основное практическое значение для дифференцирования микроорганизмов имеет характер их метаболизма.

Для выделения и идентификации бактерии разделяют на несколько групп в зависимости от их отношения к кислороду.

Облигатные (строгие) анаэробы — бактерии, размножающиеся в отсутствие свободного кислорода. Кислород в концентрации 2% и более оказывает на эти микроорганизмы токсическое действие.

Аэротолерантные анаэробы — менее чувствительные к токсическому действию свободного кислорода микроорганизмы, сохраняющие жизнеспособность при концентрациях кислорода от 2 до 10%.

Факультативные анаэробы — микроорганизмы, способные размножаться как в анаэробных условиях, так и в атмосферном воздухе.

Микроаэрофилы — микроорганизмы, нуждающиеся для роста в кислороде, однако не способные размножаться в атмосферном воздухе. Оптимальная концентрация кислорода для их роста составляет около 5%.

Облигатные (строгие) аэробы — сравнительно небольшая группа микроорганизмов, нуждающихся для роста в свободном кислороде.

Большинство современных бактерий представляет собой факультативные анаэробы.

По характеру метаболизма выделяют микроорганизмы с ферментативным и окислительным метаболизмом.

В отсутствие свободного кислорода микроорганизмы утилизируют углеводы (прежде всего глюкозу), являющиеся основными источниками энергии, в результате ферментативного метаболизма (брожения). Накопление энергии в виде АТФ происходит в результате субстратного фосфорилирования. Конечные продукты брожения — это низкомолекулярные органические кислоты (молочная и др.), возможна также продукция спиртов и углекислого газа.

Альтернативным ферментативному является окислительный метаболизм (дыхание). Накопление АТФ при окислительном характере метаболизма происходит в основном в результате окислительного фосфорилирования, в процессе транспорта электронов в дыхательных цепях, а конеч- ным акцептором электронов выступает кислород. При дыхании происходит более полная утилизация глюкозы — до воды и углекислого газа. Соответственно, эффективность окислительного метаболизма гораздо выше, чем ферментативного.

Факультативные анаэробы, в зависимости от наличия свободного кислорода, утилизируют углеводы либо по ферментативному, либо по окислительному типу. Группа микроорганизмов, утилизирующих глюкозу только в результате окислительного метаболизма, исторически получила название "неферментирующие" (неспособные к ферментации). К неферментирующим микроорганизмам относятся такие патогены, как P. aeruginosa, Acinetobacter spp. и некоторые другие.

Классификация бактерий

"Официальной" классификации бактерий не существует, и вряд ли она будет разработана, ее роль на сегодняшний день выполняют публикации Международного комите-

та по систематике прокариот. В наиболее развернутом виде фенотипическая классификация представлена в "Определителе бактерий Берджи" (Bergey’s Mannual of Determinative Bacteriology) — издании, осуществляемом один раз в десять лет.

Принципы формирования названий микроорганизмов регламентируются "Международным кодексом номенклатуры бактерий", а названия видов бактерий регламентируются "Утвержденным списком названий бактерий" и регулярно издаваемыми дополнениями. В его издании 1989 г. приведены названия более 2,3 тысяч видов бактерий, этот список продолжает постоянно пополняться, и к настоящему времени количе- ство описанных видов достигло 4 тысяч.

Современная систематика бактерий далека от совершенства и отражает уровень знаний, существующих на данный момент. Динамич- ность представлений о таксономии микроорганизмов вызывает некоторые сложности в практической деятельности не только вра- чей-клиницистов, но и микробиологов.

Существуют филогенетическая и фенотипическая схемы классификаций.

Филогенетическая классификация бактерий

Филогенетическая классификация бактерий основана на концепции естественной эволюции микроорганизмов (ðèñ. 3, 4).

С филогенетической точки зрения, в пределах домена Eubacteria выделяют 16 отделов. Практически все микроорганизмы, имеющие значение в патологии человека, относят к пяти отделам:

A. Грамположительные бактерии (Firmicutes — фирмикуты).

Бактерии: 1 — термотога, 2 — флавобактерии, 3 — цианобактерии, 4 — пурпурные бактерии (протеобактерии), 5 — грамположительные бактерии, 6 — зеленые несерные бактерии Архебактерии: царство Кренархеота: 7 — пиродиктиум,

8 — термопротеус; царство Эуархеота: 9 — термококки,

10 — метанококки, 11 — метаномикробиалес, 12 — метанобактериалес, 13 — крайние галофилы Эукариоты: 14 — животные, 15 — циллиаты, 16 — зеленые растения, 17 — грибы, 18 — жгутиковые, 19 — микроспоридии

Отдел А: грамположительные бактерии (Firmicutes — фирмикуты)

Подотдел A1: грамположительные бактерий с высоким содержанием G + C, ветвь актиномицетов — Actinomyces, Bifidobacterium, Corynebacterium, Gardnerella, Mycobacterium, Propionibacterium.

Подотдел А2: грамположительные бактерии с низким содержанием G + C, ветвь Clostridium — Bacillus: Clostridium, Bacillus, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Listeria, Mycoplasmatales, Peptostreptococcus, Staphylococcus, Streptococcus.

Отдел С: Протеобактерии (Proteobacteria) Подотдел С1: альфа-подкласс — Bar-

tonella, Brucella, Rickettsiaceae.

Подотдел С2: бета-подкласс — Burkholderia, Neisseriaceae.

Подотдел С3: гамма-подкласс — Aci-

F.Бактероиды (Bacteroides — Flavobacterium).

G.Хламидии (Chlamydia).

Выделяют также несколько бактерий с неясным таксономическим положением:

Francisella, Fusobacterium, Streptobacillus.

Ниже приведен сокращенный вариант классификации клинически наиболее зна- чимых бактерий в пределах пяти основных отделов.

domonas, Stenotrophomonas, Vibrio.

Подотдел С4: дельта-подкласс . Подотдел С5: эпсилон-подкласс —

Campylobacter, Helicobacter.

Отдел D: Спирохеты (Spirochetes)

Borrelia, Leptospira, Treponema.

Отдел F: Бактероиды (Bacteroides — Flavobacterium)

Bacteroides, Flavobacterium, Prevotella.

Отдел G. Хламидии (Chlamydia)

Фенотипическая классификация бактерий

Используемая в повседневной работе фенотипическая классификация предполагает подразделение микроорганизмов на группы с учетом морфологии, культуральных и биохимических свойств. Она приведена в "Определителе бактерий Берджи", в девятом издании которого все прокариотические микроорганизмы разделены на 35 групп.

Клинически наиболее важные микроорганизмы включены в следующие группы:

Группа 1. Спирохеты: Borrelia, Leptospir, Treponema.

Группа 2. Аэробные/микроаэрофильные, подвижные, спиральные/изогнутые грамотрицательные бактерии: Campylobacter, Helicobacter.

Группа 4. Грамотрицательные, аэробные/микроаэрофильные палочки и кокки:

Afipia, Alcaligenes, Bordetella, Brucella, Chryseomonas, Legionella, Moraxella, Neisseria, Pseudomonas.

Группа 5. Факультативно анаэробные грамотрицательные палочки: Enterobacteriaceae, Vibrionaceae.

Группа 6. Грамотрицательные анаэробные, прямые, изогнутые и спиральные бактерии: Bacteroides, Fusobacterium, Prevotella.

Группа 8. Анаэробные грамотрицательные кокки: Veillonella.

Группа 9. Риккетсии и хламидии. Группа 17. Грамположительные кокки:

Enterococcus, Lactococcus, Leuconostoc, Peptococcus, Peptostreptococcus, Staphylococcus, Streptococcus.

Группа 18. Грамположительные палочки и кокки, образующие эндоспоры: Bacillus, Clostridium.

Группа 19. Грамположительные неспорообразующие палочки: Eryzepelothrix, Listeria.

Группа 20. Грамположительные неспорообразующие палочки неправильной формы: Arcanobacterium, Bifidobacterium, Corynebacterium, Gardnerella, Mobiluncus, Propionibacterium.

Группа 21. Микобактерии. Группа 22—29. Актиномицеты.

Группа 30. Микоплазмы (молликуты): бактерии без клеточной стенки.

Инфекционный процесс и патогенность микроорганизмов

Все разнообразие микроорганизмов, с точ- ки зрения их роли в патологии человека, можно разделить на несколько групп:

1.Высокопатогенные микроорганизмы (облигатные патогены), способные проникать во внутреннюю среду человека, размножаться в различных органах и тканях и вызывать заболевания. Под патогенностью микроорганизмов традиционно понимают их способность вызывать заболевания человека, вирулентность рассматривают как степень патогенности. Однако многими авторами эти термины употребляются как синонимы, этот подход будет использоваться и в настоящей работе. Облигатные патогены и вызываемые ими болезни человека приведены ниже.

2.Микроорганизмы, адаптированные к существованию в нестерильных участках организма человека, связанных с окружающей средой (кожные покровы, же- лудочно-кишечный тракт, верхние отделы дыхательных путей), и составляющие нормальную (эндогенную) микрофлору. Микроорганизмы, входящие в нормальную микрофлору человека, различаются по вирулентности. Так, например, бифидо- и лактобактерии практиче- ски никогда не вызывают заболеваний че- ловека, другие же, например Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Haemophilus influenzae, являются частыми этиологи- ческими агентами инфекций и относятся к условно-патогенным микроорганизмам.

3.Свободно живущие микроорганизмы, в редких случаях попадающие на эпите-

лиальные поверхности хозяина (человека) или в его внутреннюю среду и вызывающие инфекционные заболевания при выраженных дефектах систем резистентности (Pseudomonas spp., Acinetobacter spp. è äð.).

4.Микроорганизмы, не имеющие значения в инфекционной патологии, поскольку условия для их существования в организме человека отсутствуют. К этой группе относится большинство микроорганизмов, обитающих в почве, воздухе и воде.

Из более чем 4 тысяч хорошо описанных видов бактерий в патологии человека имеют значение немногим более 400.

Облигатные патогены человека и вызываемые ими заболевания указаны ниже.

Грамположительные бактерии:

Bacillus anthracis — сибирская язва Corynebacterium diphtheriae — дифтерия Erysipelothrix rhusiopathiae — эризипе-

ëîèä

Listeria monocytogenes — листериоз Mycobacterium leprae — проказа Mycobacterium tuberculosis — туберкулез Mycoplasma pneumoniae — микоплаз-

менная пневмония

Грамотрицательные бактерии:

Bordetella pertussis — коклюш Bordetella parapertussis — паракоклюш

Borrelia spp. — боррелиоз (болезнь Лайма)

Brucella spp. — бруцеллез Burkholderia pseudomallei — мелиоидоз

Campylobacter spp. — кампилобактериоз Chlamydia spp. — хламидиоз

Coxiella burnetii — Ку-лихорадка Francisella tularensis — туляремия Haemophilus ducreyi — мягкий шанкр Legionella spp. — легионеллез Neisseria gonorrhoeae — гонорея Neisseria meningitidis — менингит

Rickettsia spp. — сыпной тиф, риккетсиозы Salmonella spp. — брюшной тиф, сальмо-

неллезы

Shigella spp. — дизентерия Yersinia pestis — ÷óìà

 таблице 2 перечислены микроорганизмы (бактерии, грибы и простейшие), входящие в нормальную микрофлору челове-