Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

Внутривидовое разнообразие Yersinia pestis

Анисимов А.П.
Чума была причиной нескольких пандемий и привела к гибели миллионов людей, опустошению городов и сел, упадку государств и древних цивилизаций. В настоящее время циркуляция Y. pestis выявлена в популяциях более 200 видов диких грызунов, обитающих в природных очагах чумы на всех материках, кроме Австралии, а трансмиссивная передача чумы обеспечивается как минимум 80 видами блох. Эпизоотии чумы, во время которых происходит распространение возбудителя на новые территории, чередуются со снижением эпизоотийной активности. При обследовании природных очагов инфекции в межэпизоотические периоды у животных не обнаруживаются антитела к Y. pestis, а чумной микроб не выявляется бактериологическим и биологическим методами. Заболевания людей отмечаются, как правило, при обострении эпизоотий и являются следствием укусов блокированных блох, прямого контакта с инфицированными тканями животных, употребления в пищу подвергнутых недостаточной термической обработке мясных продуктов или вдыхания аэрозолированных респираторных выделений животных с легочной формой инфекции.

Внутривидовое разнообразие

На Западе принято считать, что возбудитель чумы достаточно консервативен и лишен принципиальных особенностей, связанных с принадлежностью штамма к различным биоварам и подвидам. Однако, как показывает опыт работы противочумных учреждений бывшего СССР, а также исследования наших китайских коллег, штаммы, выделенные в разных очагах, отличаются не только по плазмидному составу, питательным потребностям и ферментативной активности. Наибольший интерес для практического здравоохранения представляют отличия изолятов из различных природных очагов по степени вирулентности для отдельных видов диких, лабораторных животных и, конечно же, людей.


На основании данных об эпидемической активности природных очагов бывшего СССР и особенностей выделенных в них штаммов Y. pestis А.М. Кокушкин [1995] выделил два основных отличающихся по эпидемиологической значимости варианта "глицеринпозитивных бактерий чумы":

  • высоковирулентные для морских свинок, "рамнозонегативные" штаммы, выделенные в очагах с различной  эпидемической  активностью  (Y. pestis subsp. pestis);
  • слабовирулентные и авирулентные для морских свинок, "рамнозопозитивные" штаммы, являющиеся причиной редких, не сопровождающихся антропонозным распространением среди людей, заболеваний (Y. pestis subsp. altaica, Y. pestis subsp. caucasica,  Y. pestis  subsp.  hissarica,  Y. pestis  subsp. ulegeica, Y. pestis subsp. talassica).

Не меньший интерес представляет циркуляция в природных очагах так называемых атипичных штаммов, отличающихся по ряду признаков от характерного для данного очага варианта возбудителя чумы. В естественных условиях изменчивость, ведущая к возникновению атипичных штаммов Y. pestis, коррелирует с фазами эпизоотического процесса. Интересно, что частота возникновения измененных форм микробов отличается в различных природных очагах чумы. Наиболее низкой была изменчивость в ВолгоУральском степном очаге (1,58 %) и Зауральском степном очаге (3,3 %). В Гиссарском и Среднеазиатском пустынных очагах этот показатель составлял 6,59 и 6,55 %, соответственно. В Волго-Уральском песчаном очаге измененные формы не были выявлены. В Зауральском степном очаге атипичные культуры выявляли во все фазы эпизоотического процесса примерно с равной частотой. В Волго-Уральском степном и Гиссарском очагах такие штаммы выявлены только в фазу острой эпизоотии. Материалы по Среднеазиатскому пустынному очагу свидетельствуют об отсутствии различий в частоте находок в фазе начала и в период острой разлитой эпизоотии. В фазу затухания процент измененных культур возрастал [Степанов и др., 1981].

В Урало-Эмбенском очаге наибольшее количество измененных форм (6,5 % от общего числа выделенных штаммов) выявлено в фазу острой эпизоотии: 24,4 % от числа измененных штаммов имели отличия по биохимической активности, 17,6 %  поражение бактериофагами, 13,5 % изменение потребностей в факторах роста, 14,27 % преобладание в выделенной культуре  клеток  с  нарушенной пигментсорбцией, 16,75 % со сниженной вирулентностью, 9,93 % не продуцировали капсульный антиген, 7,14 %  кальцийнезависимых, 2,36 % апестициногенных, 0,4 % фагоустойчивых вариантов. Наиболее низкая частота изменчивости наблюдалась при практически непрерывном течении эпизоотий [Захаров, 1985]. По другим данным [Величко, Кокушкин, 1997] штаммы со сниженной вирулентностью в большинстве очагов составляли от 3-7 % до 16-48 % от общего числа выделенных культур, авирулентные до 3-10 %, лишенные автономной плазмиды pFra от 0,2 % до 1,2 %, кальцийнезависимые 0,2-8,4 %.

Лабораторная диагностика

Существенным недостатком современных коммерческих иммуноглобулиновых чумных диагностикумов является то, что все они сконструированы на основе антител к капсульному антигену Caf1 (capsular antigen fraction I), являющемуся основным компонентом капсулы, образуемой как in vitro, так и in vivo клетками Y. pestis при температуре 37 оС. Частично это можно отнести и генетическим методам индикации. Поэтому использование этих коммерческих диагностикумов имеет целый ряд ограничений.

  • Как правило, выделение культур Y. pestis из полевого или клинического материала проводят на плотных питательных средах при температуре 28 oC. При этих условиях капсульного антигена образуется в 800-1000 раз меньше, чем при температуре 37 oC. Поэтому использование современных иммунодиагностикумов с целью идентификации выделенных культур возможно только после их дополнительного подращивания при температуре 37 oC.
  • Известно, что Y. pestis не синтезирует капсульный антиген и в организме блохи.
  • Наши данные и публикации других исследователей свидетельствуют, что элиминация плазмиды pFra или мутации caf1 оперона, приводящие к прекращению образования капсулы и, соответственно, делающие клетки Y. pestis недоступными для выявления коммерческими иммунодиагностикумами, в целом ряде случаев не снижают вирулентность мутантов по сравнению с исходными штаммами.
  • Отмеченные выше особенности капсульного антигена Caf1 служат основанием для разработки диагностических тест систем на антигены Y. pestis как минимум трех групп:
  • антигены, синтезирующиеся в достаточных для диагностических целей количествах как при температуре хозяина (  ≥37 oC), так и при температуре блохи (~ 28 oC): Ymt, Pla, Pst, ЛПС и др.;
  • антигены (Yops и V, Psa и компоненты системы сидерофор-зависимого поглощения железа: Ybt, Psn и др.), наличие которых в клетках Y. pestis является обязательным для проявления вирулентности при "периферических" способах заражения (подкожный, респираторный, алиментарный) животных;
  • факторы, необходимые для обеспечения эффективной трансмиссивной передачи инфекции блохами (Ymt, Hms).

Попытки разработки подобных диагностикумов уже предпринимались. Однако нам не известно ни одного случая доведения подобных разработок до создания коммерческого препарата.

Специфическая профилактика

Основным иммуногеном Y. pestis и основным компонентом как живых, так и субъединичных чумных вакцин является FI. "Микрограммовые" количества этого антигена защищают мышей от заражения штаммами "дикого" типа, но бескапсульные клетки возбудителя чумы вызывают у иммунизированных капсульным антигеном животных летальный инфекционный процесс. Более того, в организме иммунизированных FI мышей происходит селекция именно Fra  клеток Y. pestis. Это дало основание T.W. Burrows еще в 1957 г. сделать заключение, что оптимальная чумная вакцина должна включать в дополнение к FI другие протективные антигены, являющиеся обязательными факторами патогенности Y. pestis.

В последнее время большие надежды возлагаются и на V антиген, способный защищать животных от заражения как Fra+, так и Fraштаммами Y. pestis. Однако недавно было показано, что в "полевочьих" штаммах Y. pestis V антиген представлен новым вариантом V-O:3, характерным для Y. enterocolitica O:3 серовара [Griffin et al., 1998]. Оба серовара V антигена (V-Yp и V-O:3) обладали выраженной протективной активностью в отношении штаммов с гомологичным вариантом V антигена, но не обеспечивали защиты животных при заражении штаммами Y. pestis другого серовара [Worsham, Hunter, 1998; Griffin et al., 1998].

Таким образом, вакцины, сконструированные на основе индивидуальных антигенов FI и V или их комбинации, не являются идеальными, т.к. не могут обеспечить защиты от всех вирулентных вариантов возбудителя чумы.

Конечно, можно возразить, что Fra  мутанты Y. pestis встречаются относительно редко, а "полевочьи" штаммы принято считать непредставляющими эпидемической опасности, но такие возражения не могут быть признаны убедительными.

  • Бескапсульные штаммы составляют от 0,2 до 3 % всех выделяемых в природных очагах СНГ культур Y. pestis.
  • Более того, описан случай выделения подобного штамма от человека, погибшего в результате заражения чумой.
  • Описано два бактериологически подтвержденных случая бубонной чумы, вызванной "полевочьими" штаммами.
  • В последнее время значительно возросла опасность использования подобных "атипичных" штаммов биотеррористами.

В то же время вакцина живая чумная на основе штамма EV линии НИИЭГ способна обеспечивать защиту животных как от штаммов "дикого" типа (ИИ для белых мышей ≈3,3 x 104, для морских свинок ≈1,4 x 105), так и от их бескапсульных вариантов (ИИ для белых мышей ≈2,6 x 102, для морских свинок ≈1,2 x 106). Есть данные, что вакцина живая чумная эффективна и в отношении "полевочьих" штаммов возбудителя чумы [Абрагян, 1965]. Это подтверждает, что наличие в живых вакцинах, сконструированных на основе аттенуированных штаммов, не только одного-двух иммунодоминантных, но и целого спектра сложных (комплекс белка с ЛПС и т.п.), конформационно-лабильных и минорных антигенов обеспечивает индукцию "гетерогенного" иммунного ответа, способного защитить макроорганизм от патогенных бактерий даже с частично измененной антигенной специфичностью.

В России совершенствование чумных вакцин идет в двух направлениях: конструирование вакцинных штаммов с повышенной протективностью и сниженной реактогенностью [Анисимов и др., 1995], а также включение в состав субъединичной вакцины помимо FI поверхностно расположенных крупномолекулярных полисахаридно-белково-липидных комплексов, имеющихся как у чумного микроба, так и у возбудителя псевдотуберкулеза [Дальвадянц, 1990; Бывалов и др., 1997].

Терапия чумы

Самоходкиной Е.Д. с соавт. (1992-1996) было показано, что лечение экспериментальной чумы, вызванной бескапсульными штаммами Y.pestis, оказалось неэффективным при использовании тетрациклина, беталактамовых антибиотиков и хинолонов в средних терапевтических дозах, оказывающих выраженный лечебный эффект в отношении инфекции, вызванной полноценными штаммами. Аналогичная антибиотикорезистентность выявлялась in vitro и в культуре макрофагов, но не на питательных средах.

Позднее на Мадагаскаре был выделен "природный" штамм с множественной антибиотикорезистентностью [Galimand et al., 1997].

Наличие штаммов устойчивых к терапии и экстренной профилактике антибиотиками и сульфаниламидными препаратами, рекомендуемыми ВОЗ, свидетельствуют о необходимости разработки альтернативных методов терапии чумы, таких как фаготерапия, использование моноклональных и миниантител и т.д.


Библиографическая ссылка

Анисимов А.П. Внутривидовое разнообразие Yersinia pestis // Успехи современного естествознания. – 2003. – № 10. – С. 50-52;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=15070 (дата обращения: 14.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074