Наблюдения за свойствами L-формы M. tuberculosis, индуцированной противотуберкулезными препаратами
M. tuberculosis could be killed by rifampin, isoniazid or ethambutol but also could be induced to become the L-form by these antituberculosis drugs, and it is one of the important factor that affecting the effect of treatment of the tuberculosis. The cell wall deficient variants of M...
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
M. tuberculosis высевали в среду с
рифампицином,
изониазидом или
этамбутолом, а затем ежедневно наблюдали L-форму под микроскопом.
Результаты: L-форма M. tuberculosis была индуцирована концентрациями стандартного теста ингибирования рифампицином, изониазидом или этамбутолом.
L-форма не была восприимчива к вышеупомянутым противотуберкулезным препаратам, но
оставалась восприимчива к стрептомицину, эритромицину, офлоксацину, норфлоксацину и др. Морфология L-формы была неправильной или сферической, с одиночной, парной или цепочечной формой, и они росли под дном среды, но не двигались и не прилипали к стеклу. L-форма была отрицательной при кислотостойком окрашивании и отрицательной или положительной при окрашивании по Граму. Ген L-формы прореагировал с набором для ПЦР для M. tuberculosis и показал ту же полосу.
Выводы: бактерия M. tuberculosis может быть убита рифампицином, изониазидом или этамбутолом, но также может быть преобразована этими противотуберкулезными препаратами в L-форму, и это один из важных факторов, влияющих на эффект лечения туберкулеза. Варианты M. tuberculosis с дефицитом клеточной стенки могут быть определены с помощью ПЦР M. tuberculosis. Рекомендуется замечать L-формы во время лечения противотуберкулезными препаратами, и
комбинированное лечение противотуберкулезными препаратами, к которым также чувствительны и L-формы, очень важно.
О РОЛИ ЛАТЕНТНЫХ, ТРУДНО КУЛЬТИВИРУЕМЫХ И НЕКУЛЬТИВИРУЕМЫХ ПЕРСИСТЕНТНЫХ БАКТЕРИЙ В ПАТОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА
Хотя употребление термина «L-формы» противоречиво, большинство микробиологов согласно, что Lформы – форма выживания и размножения микроорганизмов, полностью или частично утративших ригидную клеточную стенку в силу естественных или искусственно индуцированных причин, и обладающих потенциальной способностью к реверсии в исходные бактериальные формы [2,3].
...
У некоторых видов микроорганизмов L-цикл не связан с воздействием неблагоприятных агентов и поэтому может считаться наследственно закрепленным признаком. L-формы можно рассматривать как промежуточные формы от бактерий к микоплазмам [2, 3]. В настоящее время широко поддерживается точка зрения, что конверсия бактерий в L-формы может быть универсальным свойством бактерий [9,10].
Индукция L-форм
Вероятно, практически все известные бактериальные виды могут быть конвертированы в CWDB под воздействием множества экзогенных индуцирующих факторов. Так, бесстеночные клеточные формы получены in vitro для множества самых разнообразных представителей микроорганизмов: Agrobacterium tumefaciens, Bacillus sp., Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Bacteroides sp., Bordetella pertussis, Brucella melitensis, Clostridium perfringens, Clostridium tetani, Corynebacterium sp., Corynebacterium diphtheriae, Streptococcus pneumoniae, Esherichia coli, Flavobacterium sp., Haemophilus influenzae, H.parainfluenzae, H.vaginalis, Listeria monocytogenes, Mycobacterium tuberculosis, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Pseudomonas sp., Salmonella typhimurium, Salmonella typhi, Salmonella paratyphi, Sarcina lutea, Serratia marcescens, Shigella sp., Staphylococcus sp., Streptobacillus moniliformis, Streptobacillus haemolyticus, Streptobacillus faecalis, Vibrio cholerae, Treponema pallida, Actinomyces hordeovulneris, дрожжи и другие грибы, эукариотические водоросли, клетки высших растений [1-5, 17, 20, 22- 24, 27, 28, 31].
Продемонстрировано, что колонии L-форм в присутствии индуцирующих факторов могут неограниченно долго культивироваться на подходящей среде [12]. Устранение индуцирующего агента может привести к реверсии в родительские формы бактерий или наступлению стабилизации L-форм, исключающей реверсию [2].
В присутствии индуцирующего агента (например, пенициллина) колонии L-форм могут длительно культивироваться на соответствующей среде. Так, в ликворе при его хранении при температуре 4 °С L-формы могут сохраняться до 1 года [2]. Если устранить индуцирующий фактор, то нестабильные L-формы реверсируют в родительские клетки, а стабильные L-формы утрачивают способность к реверсии.
Выживают ли CWDB в клетках хозяина достаточно долго и способны ли при этом вызвать патологический процесс? И можно ли данные, касающиеся L-форм в культуре клеток, экстраполировать на ситуации in vivo и на различные виды бактерий?
В попытках дать ответ на эти вопросы, наиболее целесообразно попытаться понять репродуктивный цикл L-форм. Общепризнано, что большинство CWDB обычно размножаются путем бинарного деления. Однако в качестве способов репликации CWDB наблюдались все морфологические вариации, включая множественное деление, деление в разных плоскостях, почкование, филаментозный рост, фрагментация цитоплазмы и др., хотя в целом способы размножения L-форм мало эффективны. Большинство образующихся дочерних особей отличаются по размерам, наличию нуклеоида, жизнеспособности.
Интересно, что Margulis et al. ранее сообщали о неизвестном сопоставимом метаморфическом феномене у свободно живущих спирохет [47]. Они продемонстрировали, что большие клетки спирохет содержали более мелкие интрацитоплазматические спирохеты. Эти организмы, которые выращивали в смешанной культуре и изучали живыми, образовывали ограниченные мембраной плотные тельца. Авторы показали, что протоплазматический цилиндр спирохеты был наполнен сферическими гранулами от 20 до 32 нм в диаметре. Внутри протоплазматического цилиндра и в периплазме больших клеток находились сравнительно гранулированные и флагеллированные маленькие спирохеты. Когда спирохеты подвергали действию воздуха, протоплазматические цилиндры преломлялись и ложились складками внутри наружной мембраны, формируя втягивающиеся мембранные структуры. Исследователи полагают, что втягивающиеся мембранные тельца могут обеспечивать морфологическую основу для возможной устойчивости к кислороду и высушиванию организмов. Они заключили, что эти трансформации могут относиться к (i) способности к обогащению спирохет из высыхающих бактериальных ковриков, (ii) образованию округлых телец спирохет, (iii) непредсказуемому появлению спирохет в тканях пациентов с сифилисом и болезнью Лайма.
Фагоцитоз CWDB
Принципиально важным следует считать выяснение закономерностей взаимодействия CWDB с защитными механизмами макроорганизма, в том числе их поведение в процессе фагоцитоза. Опубликованные результаты предпринятых в этом отношении экспериментов с привлечением различных видов бактерий проливают свет на данный вопрос [56-61]. Чтобы определить, способны ли L-формы выживать в процессе фагоцитоза, Schmitt-Slomska et al. были предприняты интенсивные исследования ассоциации стрептококковых группы А L-форм (индуцированных in vitro пенициллином) с человеческими полиморфноядерными лейкоцитами (ПЯЛ) и мышиными перитонеальными макрофагами [56].
L-формы легко ассоциировались с клетками и часто оказывались фагоцитированными. При этом фагоцитированные клетки не подвергались патологическим изменениям, если инокулят оставался в определенных количественных пределах.
Выживание L-форм стрептококка группы А изучалось также в условиях их персистенции в сыворотке животных и человека, ПЯЛ и мышиных перитонеальных макрофагах. Было подтверждено, что бактерицидное действие в отношении обычных бактерий, имеющих клеточную стенку, связано с системой антител комплемента. Киллер-эффект фагоцитов на L-формы менее заметен.
Таким образом, фагоцитоз может защищать L-формы от действия сыворотки, позволяя этим формам выжить внутри фагоцитов. Отсюда могут проистекать трудности в получении L-форм из культур крови человека. Повысить выделение аберрантных микроорганизмов могут средства разрушения клеток хозяина, применяемые вслед за инокуляцией в специальную осмотически стабилизированную среду. Аналогичные ЭМ исследования, проведенные на перитонеальных макрофагах крыс со Staphylococcus aureus и оксациллин-индуцированными стабильными L-формами этого штамма показали, что
последние подвергались перевариванию без соответствующего образования фаголизосом и пищеварительных вакуолей; отсутствовали видимые повреждения клеток, что также свидетельствует о возможности их внутриклеточного выживания [57].
Так, у CWDB оказался значительно сниженный фагоцитарный индекс (процент ПЯЛ, содержащих переваренные микроорганизмы) по сравнению с родительскими бактериями. Результаты репрезентативных экспериментов показали, что фагоцитарный индекс для CWDB был постоянным. Через 30 минут после смешения CWDB с фагоцитами он составлял 5,3 по сравнению с фагоцитарным индексом 44 у родительских бактерий, при этом обе культуры сравнивались в присутствии специфической антисыворотки против CWDB. Экспозиция фагоцитарной системы с антисывороткой к родительской культуре E. coli O4 показала, что фагоцитоз CWDB имел индекс 10,6 по сравнению с показателем 45 для родительских бактерий. Хотя и отмечалась адгезия CWDB к ПЯЛ, CWDB не были сильно подвержены перевариванию фагоцитами. Остается неизвестным, какие молекулы на поверхности CWDB способствуют устойчивости и выживанию в условиях фагоцитоза. В широком исследовании нуждаются механизмы, посредством которых CWDB избегают бактерицидного действия клеток хозяина in vivo.
L-формы Yersinia pestis плохо фагоцитировались и длительное время могли персистировать в фагоцитах [60].
Отмечено также, что после фагоцитоза in vitro и in vivo ревертанты L-форм Klebsiella pneumoniae выживали, но не увеличивались в количественном отношении в отличие от родительских форм [61].
Герасимов В.Н. и др. инфицировали различными патогенными штаммами Mycobacterium tuberculosis (MBT) культуры мышиных перитонеальных макрофагов и макрофагоподобных клеток J-774 и установили, что микобактерии при этом подверглись значительным морфофункциональным изменениям, образуя 3 условных морфотипа [62]. При фагоцитозе некоторые бактерии, поступающие из окружающей среды в макрофаг, выживали и были отнесены к MBT 1-го типа. Среди них единичные молодые и интактные микобактерии были способны размножаться и формировали через 2-3 генерации микроколонии 2-го морфотипа, состоящие из 3-9 микобактерий или больше в фаголизосомах в течение 24 часов после инокуляции макрофагов. Утрачивая клеточную стенку под действием литических фаголизосомальных ферментов, единичные микобактерии превращались в L-формы 3-го типа MBT. Другие микобактерии, подвергаясь повреждению и лизису, могли при этом сохранять часть интактной цитоплазмы и генома, образуя ультрамалые формы (4 морфотип).
Показано, что L-формы бактерий сохраняют иммуногенность для большого круга хозяев, они способны вызывать как гуморальный, так и клеточно-опосредованный иммунитет [1-3, 8, 70-72]. Иммуногенность Lформ, однако, значительно ослаблена по сравнению с исходной культурой, что делает необходимым существенное увеличение иммунизирующих доз при вакцинации L-культурой [2].
У хозяев, иммунизированных L-формами, показано развитие воспалительных реакций и аутоаллергических процессов. Поэтому персистенция L-форм может вести к длительному снижению уровня иммуногенной стимуляции хозяина и пуску иммунопатологических событий. Возможно, что многие из так называемых аутоиммунных болезней представляют иммунологические реакции, инициированные персистенцией CWDB, которые перекрестно реагируют с тканями хозяина [1, 2].
Как правило, L-формы, образовавшиеся в условиях питательной среды, утрачивают вирулентность
исходного штамма [2]. Тем не менее, установлены факты сохранения факторов вирулентности бактерий
различных видов после их перехода в L-формы, а именно: выработка эндотоксина у сальмонелл; синтез
нейраминидазы у холерных вибрионов; каталазная активность у микобактерий туберкулеза, протея,
стафилококков; выработка (причем в гораздо большей степени, чем у исходных форм) экзотоксина у
Clostridium tetani и Сl.perfringens; способность к образованию плазмокоагулазы у стафилококка; синтез
гемолизина, стрептокиназы, дезоксирибонуклеазы, стрептолизина и М-белка у гемолитических стрептококков
группы А. Супернатанты стабильных L-форм листерий содержали нейротоксичные для мышей экзопродукты
[2].
В центре противоречий при изучении роли CWDB в экспериментальной патологии – воздействие антибиотиков на конверсию in vivo и персистенцию CWDB. Исследования на культурах клеток и в экспериментах на животных показали, что процессы трансформация бактерий в CWDB in vivo происходят как спонтанно, так и во время лечения антибиотиками. Клеточная культура клеточных линий может сосуществовать длительный период с бесстеночными бактериями, такими как Mycoplasma spp., и эти бактерии могут быть нечувствительны к антибиотикотерапии. Внутриклеточная локализация CWDB может объяснить скудные результаты, достигнутые при использовании антибиотиков для деконтаминации культуры клеток, хронически инфицированной Mycoplasma spp. и для лечения рецидивирующей бактериальной инфекции. Пенициллин или стрептомицин самостоятельно не элиминировали бактерии или их L-формы из инфицированных клеток, причем, культуры L-форм были положительными от 7 до 14 дня терапии. Интересно, что после монотерапии тетрациклином или в комбинации с пенициллином или стрептомицином, L-формы выживали более долгий период, чем обычные бактерии. Показано, что патогенный потенциал CWDB проявляется во время антибиотикотерапии в условиях их доминирования в организме хозяина [56]. Повышенная чувствительность к действию лейкоцитов у бактерий, предварительно обработанных определенными антибиотиками, может оказаться сниженной у CWDB [82]. Так, данные по экспериментальным исследованиям пиелонефрита, свидетельствуют, что определенные антибиотики могут трансформировать бактерии в CWDB in vivo [1,83]. О развитии CWDB у нелеченных животных сообщалось Demonty при экспериментальном пиелонефрите, вызванном E.сoli [84]. Необходимо изучить, влияет ли концентрация подавляющих клеточную стенку антибиотиков в тканях и жидкостях тела на образование этих форм in vivo.
Остается неизвестным механизм действия пенициллина на образование L-форм in vivo. Schmitt-Slomska et al. конвертировали стрептококки группы А в CWDB (нестабильные, реверсирующие L-формы) у экспериментально инфицированных, леченных пенициллином мышей [1,56] и обезьян [2,3]. Родительский штамм, инокулированный животным, так же как изолированные CWDB и их ревертанты in vivo, были устойчивы к тетрациклину (MIC, 50 mg/ml). CWDB, индуцированные in vivo пенициллином, оставались устойчивыми к тетрациклину и обрели устойчивость к пенициллину. L-формы этого штамма, которые были Анали Мечниковського Інституту, N 1, 2006 31 стабилизированы (не ревертировали) in vitro, были восприимчивы к тетрациклину. В обширных исследованиях Каган и Schmitt-Slomska спонтанное образование in vivo CWDB при подострой стрептококковой инфекции обезьян, нелеченных пенициллином, предполагает, по мнению авторов, что пенициллин может иметь только селективное действие. Подавляя размножение вирулентных организмов, пенициллин может позволить клеточным или гуморальным факторам хозяина трансформировать менее вирулентные бактерии в устойчивые к пенициллину CWDB [2,3].
L-формы M.tuberculosis были выделены из мокроты больных туберкулезом легких; зернистые формы – из ликвора больных туберкулезным менингитом [1]. Снитинская О.С. и др. в 42 % вновь выявленных случаев заболевания различными клиническими формами туберкулеза респираторных органов выделяли L-формы микобактерий [90]. Микобактерии отличаются высоким содержанием (до 60 %) липидов в клеточной стенке, которое действует как защитное средство от внедрения повреждающих субстанций. Такая стенка дает микобактериям преимущества в выживании, но следствием этой защиты является медленный рост, вторичный по отношению к ограничению в поглощении питательных веществ. В противоположность большинству бактерий, имеющих время генерации приблизительно 20 минут, микобактериям нужно 12 часов в лучшем случае, чтобы удвоить свое количество.
Голанов В.С. и др. в своих исследованиях установили, что свежие случаи туберкулеза, при которых были выделены L-формы микобактерий, характеризовались бедной клинической симптоматикой и благоприятным исходом заболевания. Ассоциации L-форм с морфологически типичными формами микобактерий вызывали явную симптоматику и прогрессивные тенденции. Авторы считают, что обнаружение L-форм при неактивном легочном процессе указывает на скрытую активность туберкулеза, способного давать рецидивы [115].
Заключение
Таким образом, очевидно, что персистенция CWDB ведет к рецидивированию, хронизации или латенции (бактерионосительству) инфекционного процесса, снижает эффективность лечения. При переходе популяции возбудителя в L-формы в процессе антибиотикотерапии образуются очаги инфекции, не поддающиеся бактериологическому контролю, возникают сложности осуществления микробиологической диагностики.
В широком исследовании нуждаются механизмы, посредством которых CWDB избегают бактерицидного действия клеток хозяина in vivo, выявление молекулярных структур на поверхности CWDB, способствующих устойчивости и выживанию их в условиях фагоцитоза. Встает также вопрос, насколько эффективно использование антимикробных лекарственных средств против бактериальных форм с дефектной клеточной стенкой. Необходимо изучить влияние концентрации антибиотиков, подавляющих образование клеточной стенки у бактерий, на образование L-форм in vivo, в тканях и жидкостях макроорганизма.