Áiáëiîòåêàñòóäåíòà-ììåäèêà

ÇÀÃÀËÜÍÀ̲ÊÐÎÁ²ÎËÎòß,²ÐÓÑÎËÎòßÒÀ ²ÌÓÍÎËÎòß

ОДЕСЬКИЙМЕДУНІВЕРСИТЕТ

ÇÀÃÀ

ËÜÍÀ

̲Ê

ÐÎÁ²

ÎËÎ

òß,

²Ð

ÓÑÎ

ËÎò

ß ÒÀ

²ÌÓÍ

ÎËÎ

òß

ÁÁÑÑÌÌ

4

2

ÁiáëiîòåêàÁiáëiîòåêàÁiáëiîòåêàÁiáëiîòåêàÁiáëiîòåêàñòóäåíòà-ìåäèêàñòóäåíòà-ìåäèêàñòóäåíòà-ìåäèêàñòóäåíòà-ìåäèêàñòóäåíòà-ìåäèêà

Започатковано 1999 р. на честь 100-річчяОдеського державного медичного університету

(1900 — 2000 рр.)

Видається за загальною редакцієюлауреата Державної премії України

академіка АМН УкраїниВ. М. ЗАПОРОЖАНА

ГОЛОВНА РЕДАКЦІЙНА КОЛЕГІЯ

В. М. ЗАПОРОЖАН (головний редактор),Ю. І. БАЖОРА, І. С. ВІТЕНКО,

В. Й. КРЕСЮН (заст. головного редактора),О. О. МАРДАШКО, В. К. НАПХАНЮК,

Г. І. ХАНДРІКОВА (відповідальний секретар),П. М. ЧУЄВ

Одеський державниймедичний університет

3

Вельмишановний читачу!Одеський державний медичний університет продовжує видання

нової серії навчальної літератури — «Бібліотеки студента-медика».Розбудовуючи незалежну Україну, дбаючи про майбутнє, слід тур-

буватися про збереження і примноження історичних, культурних і нау-кових цінностей для нащадків. Найкращим засобом для цього слугуєхороша книжка. Є й інші причини, які спонукали нас до роботи.

По-перше, недостатня кількість і якість сучасних підручників, вида-них державною мовою. Тому ми прагнули створити серію підручниківі навчальних посібників, яка б містила як класичні відомості з різнихгалузей медицини, так і новітні досягнення та великий досвід нашихпровідних фахівців.

По-друге, останнім часом згідно з навчальними планами та типо-вими програмами запроваджено цілу низку нових дисциплін і курсів,з яких немає аніяких підручників.

По-третє, ми вважаємо, що саме Одеський медуніверситет, якому2000 року виповнилося сто років, має всі підстави для створення серіїоригінальних підручників і навчальних посібників. Адже він є ядром,навколо якого згуртувалося чимало медичних шкіл і напрямків, очо-люваних відомими медиками, що мають неабиякий авторитет не лишев Україні, а й у багатьох країнах світу.

Сподіваємося, що ця серія стане вагомим внеском у розвиток меди-цини, підготовку медичних кадрів.

Валерій ЗАПОРОЖАН, головний редактор серії,

лауреат Державної премії України,академік АМН України

4

5

ОдесаОдеський медуніверситет2002

ÇÀÃÀËÜÍÀ̲ÊÐÎÁ²ÎËÎòß,²ÐÓÑÎËÎòßÒÀ ²ÌÓÍÎËÎòß

РекомендованоЦентральним методичним кабінетомз вищої медичної освіти МОЗ Українияк навчальний посібник для студентіввищих медичних закладів освітиІІІ–IV рівнів акредитації

Вибрані лекції

П. З. Протченко

6

ББК 52.64я73УДК 612+614+616.9{579+612.012.1](075.8)}

Автор: П. З. Протченко

Рецензенти: Професор кафедри мікробіології, вірусологіїта імунології Національного медичногоуніверситету ім. О. О. Богомольця,доктор медичних наук, професор О. Г. Тишко

Завідувач кафедри мікробіології й епідеміологіїДніпропетровської державної медичної академії,доктор медичних наук, професорГ. М. Кременчуцький

Загальна мікробіологія, вірусологія, імунологія. Вибранілекції: Навч. посібник / П. З. Протченко. — Одеса: Одес. держ.ун-т, 2002. — 298 с. — (Б-ка студента-медика).

Іл. 54. Табл. 22. Бібліогр. 33 назв.ISBN 966-573-235-8

У навчальному посібнику викладені матеріали лекційногокурсу із загальної мікробіології, вірусології та імунології. Ма-теріал подано стисло, з урахуванням повноти його викладен-ня у доступних підручниках і сучасних відомостей з цих нав-чальних дисциплін. Навчальний посібник відповідає програмі,затвердженій Міністерством охорони здоров’я України.

Рекомендовано Центральним методичним кабінетом з вищоїмедичної освіти МОЗ України як навчальний посібник для сту-дентів і викладачів вищих медичних закладів освіти ІІІ–IVрівнів акредитації.

ББК 52.64я73УДК 612+614+616.9{579+612.012.1](075.8)}

ISBN 966-573-235-8 © П. З. Протченко, 2002

7

ПЕРЕДМОВА

Навчальний посібник «Загальна мікробіологія, вірусологія таімунологія. Вибрані лекції» складений у відповідності з діючоюпрограмою з дисципліни.У вступній лекції подається загальне уявлення про науки, що

вивчаються, з основними етапами їхнього становлення та стис-лий нарис розвитку мікробіології взагалі та в Україні зокрема.У лекціях в стислій формі викладено основний навчальний

матеріал з питань загальної мікробіології, вірусології, фізіологіїі генетики мікроорганізмів, учення про інфекцію та загальну іму-нологію. Також до курсу включена вступна лекція зі спеціальноїмедичної мікробіології, що орієнтує студентів на раціональневивчення мікробіологічних основ інфекційної патології, надає по-чаткові відомості з пропедевтики інфекційних хвороб, епідеміо-логії, принципів профілактики та лікування захворювань, що спри-чиняються мікроорганізмами, та методи мікробіологічної діаг-ностики їх. Ці відомості будуть корисними студентам під часвивчення клінічних дисциплін у медичному університеті й надалів практичній роботі.Повнота викладення матеріалу неоднакова. Більша увага при-

діляється питанням, які недостатньо наведені в навчальній літера-турі, новітнім даним з дисциплін, які вивчаються, а також питан-ням, більш складним для самостійного вивчення студентами.Посібник може бути корисним студентам у підготовці до

лекцій, практичних і атестаційних занять, до відпрацювання про-пущених занять, а також до тестових контролів знань, в томучислі до ліцензійного тестового контролю «Крок-1».Рекомендується студентам, які навчаються на кафедрі мікро-

біології, вірусології та імунології, а також бажаючим поглибитисвої знання з мікробіології, вірусології, імунології та основ інфек-ційної патології.

8

ЛЕКЦІЯ І

ПРЕДМЕТ І ЗАВДАННЯМІКРОБІОЛОГІЇ, ВІРУСОЛОГІЇТА ІМУНОЛОГІЇ. ІСТОРИЧНИЙНАРИС РОЗВИТКУ МІКРОБІОЛОГІЇ

1. Вступ2. Історичний огляд розвитку медичної мікробіології3. Розвиток мікробіології, вірусології та імунологіїв Україні

1. ВСТУП

Цією лекцією ми розпочинаємо вивчення навчальної дисцип-ліни, яку зазвичай скорочено називають «мікробіологія». Убільшості вищих медичних навчальних закладів на кафедрі мікро-біології вивчають три самостійних дисципліни — медичну мікро-біологію, вірусологію та імунологію. Тому повна офіційна назвакафедри — кафедра мікробіології, вірусології та імунології.Перш за все необхідно ознайомитись з деякими організацій-

ними питаннями навчання на кафедрі та отримати загальну уявупро дисципліни, які вивчатимуться. Спочатку буде зробленоісторичний огляд розвитку мікробіології, вірусології та імуно-логії.Вивчення предмета починаємо з медичної мікробіології.Мікробіологія — наука про мікроорганізми, які інакше нази-

вають мікробами (грец. mikros — малий, лат. bios — життя, лат.logos — вчення).Мікроорганізми — найдавніші живі істоти на Землі, вони з’я-

вилися до виникнення рослин і тварин — майже 3–4 млрд роківтому. Нині вони є найрізноманітнішою частиною біосфери, при-чому нам відомо значно менше видів мікроорганізмів, ніж їх існуєна Землі.Всі мікроорганізми поділяють на 4 царства — бактерії, гриби,

найпростіші та віруси. Кожне царство є предметом вивчення

9

окремих розділів мікробіології, самостійних дисциплін — бакте-ріології, мікології, протозоології та вірусології.Зростання потреб людства визначало розвиток мікробіологі-

чної науки, що сприяло виникненню та розвитку спеціалізова-них галузей мікробіології. Поступово сформувались загальна,технічна, сільськогосподарська, ветеринарна, морська, косміч-на, санітарна і медична мікробіологія.Основну увагу ми приділимо медичній мікробіології і, відпові-

дно, медичним аспектам бактеріології, мікології, протозоології івірусології.Предметом вивчення медичної мікробіології є патогенні (хво-

роботворні, здатні спричинювати захворювання) для людинимікроорганізми, а також умовно-патогенні мікроорганізми, здатніспричинювати захворювання людини лише за певних умов, призниженні захисних сил макроорганізму. Медична мікробіологіявивчає також непатогенні мікроорганізми — нормальну мікро-флору організму, що відіграє важливу роль в життєдіяльностімакроорганізму. Ці мікроорганізми часто зустрічаються в дослі-джуваних матеріалах при діагностиці захворювань, вони знач-ною мірою подібні до патогенних мікроорганізмів, тому необхід-но диференціювати ці мікроорганізми від патогенних мікроор-ганізмів-збудників.Медична мікробіологія вивчає біологічні властивості мікроор-

ганізмів, їх систематику, екологію, взаємовідносини з іншимиорганізмами, в першу чергу — патогенез (механізм розвитку)захворювань, що спричиняються мікроорганізмами. Медичнамікробіологія розробляє методи мікробіологічної діагностики,специфічної профілактики та етіотропної терапії (тобто спрямо-ваної на причину захворювання, мікроорганізм-збудник).Власне, медична мікробіологія — це пропедевтика інфекцій-

них захворювань та епідеміології. На кафедрі мікробіології, віру-сології та імунології можна одержати повні дані з етіології тапочаткові — з питань патогенезу, клініки, діагностики, лікуван-ня і профілактики інфекційних захворювань.Під терміном «інфекційні хвороби» розуміють захворювання,

спричинені мікроорганізмами, для яких характерна заразливість,здатність передаватись від хворих або носіїв до здорових лю-дей. Інфекційних хворих відокремлюють від хворих на інші за-хворювання, їх лікують у спеціальних інфекційних лікарнях.Медична мікробіологія вивчає ще й етіологію хвороб, у пато-

генезі яких беруть участь мікроорганізми, але які не належать

10

до інфекційних хвороб, а діагностику і лікування яких проводятьу терапевтичних, хірургічних, гінекологічних, офтальмологічних,дермато-венерологічних та інших клініках.Медична мікробіологія — самостійна медична наука, а лікар-

мікробіолог — самостійна лікарська професія. Основне завдан-ня лікаря-мікробіолога — визначення мікробіологічного діаг-нозу, а його практична робота пов’язана з лабораторною діаг-ностикою. Кожен лікар має знати можливості та обмеженнямікробіологічної діагностики, вміти взяти досліджуваний ма-теріал для мікробіологічного аналізу, прочитати результатидосліджень і використати їх у діагностиці, виборі лікування іконтролі за ним. Тільки злагоджена спільна робота лікаря-клініциста і лікаря-мікробіолога дає можливість ефективної діаг-ностики і лікування багатьох, у тому числі й неінфекційних зах-ворювань.Наступний важливий розділ нашої дисципліни — вірусологія.Вірусологія — наука про віруси, які є особливою формою існу-

вання живого. Віруси кардинально відрізняються від інших мікро-організмів п’ятьма основними ознаками: вони не мають клітин-ної організації, містять лише один тип нуклеїнової кислоти (ДНКабо РНК), не мають самостійного обміну речовин, для них є ха-рактерним унікальний відокремлений спосіб розмноження, вониздатні паразитувати на генетичному рівні, включаючи свій ге-ном до геному клітини-хазяїна.Сьогодні вірусологія відіграє надзвичайно важливу роль в біо-

логії і медицині. Вірусні захворювання переважають в інфекційнійпатології людини, спричинюють такі масові епідемічні захворю-вання, як грип, гострі респіраторні інфекції, кір, вітряну віспу,гепатити та ін. Проте існує проблема ефективної терапії і профі-лактики вірусних захворювань. Багато хвороб, які раніше не на-лежали до хвороб мікробної етіології, сьогодні вважають вірус-ними. Наприклад, є дані про роль вірусів в етіології шизофренії,атеросклерозу. Вірус імунодефіциту людини спричинює захво-рювання на СНІД. Розвиток вірусології має розв’язати одну знайбільших проблем людства — проблему злоякісного росту,тому що сьогодні вірусогенетична теорія походження пухлин єнайбільш обгрунтованою. Отже, знання з вірусології для лікаряє вельми важливими.Санітарна мікробіологія вивчає мікрофлору навколишнього

середовища (в тому числі патогенні бактерії та віруси), а такожпроцеси, обумовлені її життєдіяльністю, які можуть безпосеред-

11

ньо або побічно спричинювати несприятливий вплив на здоро-в’я людей та навколишнє середовище.Вивчення мікрофлори та мікробіологічних процесів у сере-

довищі перебування людини необхідне для гігієнічної оцінкивзаємовідношень людини і середовища, яке її оточує. Санітар-на мікробіологія розробляє методи контролю за санітарним ста-ном води, повітря, грунту, продуктів харчування та предметівужитку.Надзвичайно велике значення для сучасної біології та меди-

цини має імунологія — наука про імунітет. Це спосіб захистуорганізму від речовин і живих тіл з ознаками генетичної чужорід-ності, тобто цим самим біологічна роль імунітету і його органа— імунної системи — визначається як здійснення імунологічно-го нагляду над генетичною сталістю клітин організму, підтрим-ка генетичного гомеостазу. Імунітет забезпечує протиінфекцій-ний, протипухлинний захист, контролює диференціювання клітинорганізму. Імунна система контролює всі процеси життєдіяль-ності, від запліднення до природної зупинки індивідуальногожиття.Імунологія дає медицині препарати і методи діагностики, про-

філактики і лікування багатьох захворювань. При цьому тількиімунологічні препарати — сироватки та імуноглобуліни — є пре-паратами для специфічної етіотропної терапії, тобто для ліку-вання точно визначеного певного захворювання. Імунологія та-кож дає сучасним природознавству та медицині нові можливостіу зв’язку з одержанням моноклональних антитіл, які є продук-том одного клону клітин і тому мономолекулярними та високоспецифічними. Застосування моноклональних антитіл широковикористовується в медицині, наприклад, у визначенні гормонівдля діагностики ендокринних захворювань, ранньої діагностикивагітності (в межах двох тижнів після зачаття) тощо.Багато захворювань розвиваються на фоні недостатньої

функції імунітету або є наслідком недостатньої функції імунноїсистеми, при деяких захворюваннях можуть розвиватися побічніураження імунної системи, тому лікар повинен розуміти імуно-логічні механізми патогенезу, знати імунологічні методи діагно-стики і вміти використовувати результати імунологічних дослі-джень у практичній діяльності.Отже, вивчення мікробіології, вірусології та імунології для

отримання знань з медицини та використання їх в професійнійлікарській діяльності є вельми важливим.

12

Щоб краще уявити логіку розвитку ідей в науці і глибше зро-зуміти значення наукових досягнень у загальній системі людсь-кого пізнання, розглянемо розвиток медичної мікробіології в істо-ричному аспекті.

2. ІСТОРИЧНИЙ ОГЛЯД РОЗВИТКУМЕДИЧНОЇ МІКРОБІОЛОГІЇ

В становленні і розвитку медичної мікробіології виділяютьчотири історичних періоди.

1. Перший період — початковий (друга половина XVIII —середина XIX ст.) — відбулось відкриття мікроорганізмів, мікро-біологія зародилась як наука.

2. Другий період — пастерівський (друга половина XIX ст.)— становлення і розвиток мікробіології та імунології як єдиноїнаукової дисципліни, розвиток медичної мікробіології.

3. Третій період (перша половина ХХ ст.) — бурхливий роз-виток мікробіології та імунології, досягнення яких використову-вались в практиці, відбувалось становлення вірусології.

4. Четвертий період (сучасний) — підвищення ролі мікробіо-логії та імунології в науково-технічному прогресі, медицині табіології.Початковий період розвитку мікробіології — це відкриття світу

мікроорганізмів і опис їх морфології. Гіпотеза про існування не-видимих живих організмів інтуїтивно висловлювалась багатьмамислителями давнини. Видатні лікарі і дослідники природиГіппократ (460–377 рр. до н. е.), Гален (131–211 рр. н. е.) та іншівисловлювали гіпотези про живу природу причини інфекційниххвороб (contagium vivum). Авіценна (980–1037 рр. н. е.) у «Ка-ноні медицини» писав, що причиною чуми, віспи та інших хво-роб є невидимі оком найдрібніші живі істоти, що передаютьсячерез воду і повітря.Але відкрили мікроорганізми лише в XVII ст., причому це

зробив не вчений, а аматор. Першовідкривачем мікробів ставголландський комерсант Антоній Левенгук (1632–1723), який немав університетської освіти. Це не завадило йому стати одним знайвідоміших натуралістів свого часу. Його найбільшим захоп-ленням у житті було виготовлення мікроскопів і розглядання вних всього, що для його допитливого розуму здавалося цікавим.

13

Левенгук першим відкрив сперматозоїди, червоні кров’яні тільця,капіляри. Але переважно з його іменем пов’язують відкриття всіхосновних груп одноклітинних мікроорганізмів — найпростіших,водоростей, дріжджів і бактерій. Його малюнки морфології мікро-організмів були настільки точними, що на них можна навіть роз-пізнати окремі види. Левенгук називав відкритих ним живих істот«анімалькулями» — живими звірятками. Він першим вказав нанадзвичайно велику кількість мікроорганізмів. Наприклад, вінписав: «У моєму будинку побувало декілька дам, які з інтересомрозглядали крихітних «черв’яків», що живуть в оцті; але у дея-ких такий показ викликав таку відразу, що вони заприсягалисьніколи більше не користуватись оцтом. Ну, а якщо б їм сказали,що в зіскрібку з людського зуба таких істот більше, ніж людей вцілому королівстві?»Про відкриття Левенгука науковий світ дізнався з його листів

в англійське Королівське товариство, які він регулярно відправ-ляв голландською мовою, де їх одразу перекладали англійсь-кою і публікували у працях Королівського товариства. Своївідкриття вчений узагальнив у книзі «Таємниці природи, відкритіАнтонієм ван Левенгуком» (1695). Але дві свої найголовніші таєм-ниці він так і не відкрив нікому. Йдеться про таємницю виготов-лення мікроскопа і техніку мікроскопії.Сучасний складний мікроскоп має систему із об’єктива та оку-

ляра, забезпечує збільшення в сотні разів, межа роздільної здат-ності його дорівнює половині довжини хвилі видимого світла —0,2 мкм (200 нм).Роздільна здатність мікроскопа — це мінімальна відстань між

двома точками, на якій вони в даній оптичній системі сприйма-ються роздільно. Роздільна здатність вимірюється мірами дов-жини, а не кратністю збільшення.Прилади Левенгука не є мікроскопами у сучасному розумінні,

це прості лупи зі збільшенням від 50 до 300 разів. За своє життямайстер виготовив кілька сотень «мікроскопів», два з яких збері-гаються в Санкт-Петербурзькій «Кунсткамері». Їх придбав у май-стра цар Петро I, коли був у нього в гостях в 1695 р.

У всіх книгах з мікробіології стверджують, що Левенгук бувмайстерним шліфувальником скла, що дозволило йому вигото-вити високоякісні лупи. Але виявляється, що майстер зовсім нешліфував скло. Та й важко уявити, щоб у той час можна буловиготовити вручну таку кількість дуже сильних луп. Адже інодіЛевенгук готував постійні мікроскопічні препарати — об’єкт зі

14

спеціальним для нього мікроскопом. Як нещодавно доведено,Левенгук просто виливав свої лупи. Технологія цього процесутака: потрібно витягнути на полум’ї тонку скляну нитку і її кінчикна мить зафіксувати в полум’ї. На кінчику з’явиться скляна куль-ка, яка і дає залежно від її величини збільшення різної сили. Спе-ціальні дослідження над мікроскопами, що зберігаються в«Кунсткамері», підтвердили це.Друга таємниця Левенгука — спосіб мікроскопії. Сучасні йому

дослідники не змогли побачити те, про що говорив вчений, навітькористуючись дволінзовими мікроскопами. Секрет полягає у вико-ристанні Левенгуком ефекту бокового освітлення, коли видно лишеоб’єкти, від яких промінь світла відбивається і потрапляє в об’єктивмікроскопа. Роздільна здатність при цьому збільшується в 10 разів.Дослідження Левенгука і багатьох його послідовників встано-

вили сам факт існування мікроорганізмів, який довгий час роз-глядався як цікавий феномен. Попередні уявлення про роль мікро-організмів у виникненні хвороб людини висловлювались деякимивченими ще наприкінці XVIII ст. (А. Кірхер, Д. Самойлович), аледостатніх наукових даних для цього ще не було. Тільки в 30-хроках XIX ст., після виявлення трихомонад у вагінальному вмістіхворих на трихомоноз, а також грибів при парші і трихофітії фран-цузький медик Я. Генле сформулював ідею про зв’язок інфекцій змікробами-збудниками. В 1849–1850 рр. були описані паличко-подібні бактерії, виявлені в крові тварин, хворих на сибірську ви-разку. Все це передувало встановленню етіологічної ролі мікро-організмів в інфекційних захворюваннях людей і тварин.Новий етап в розвитку мікробіології пов’язаний з ім’ям геніаль-

ного французького вченого Л. Пастера (1822–1895). Його відкрит-тя стали епохою в розвитку природознавства і спричинили докоріннізміни в біології та медицині. Про основні роботи Л. Пастера мож-на судити з напису на меморіальній дошці на будинку, де знаходи-лась лабораторія Пастера у Вищій нормальній школі в Парижі:

ТУТ БУЛА ЛАБОРАТОРІЯ ПАСТЕРА

1857 р. — Бродіння1860 р. — Самовільне зародження1865 р. — Хвороби вина та пива1868 р. — Хвороби шовковичних черв’яків1881 р. — Зараза та вакцина1885 р. — Запобігання сказу

15

Науковий пошук Пастера розпочався з хімічних досліджень.Він досліджував причину бродіння, яке вважалося хімічною ре-акцією. За допомогою мікроскопа Пастер встановив, що спир-тове бродіння спричинюється певними видами мікроорганізмів,а скисання вина пов’язане з потраплянням у виноградний сікінших мікроорганізмів, що спричинюють оцтовокисле бродіння.Для боротьби зі скисанням вина Пастер запропонував термічнуобробку виноградного соку (нині такий метод зберігання харчо-вих продуктів від скисання називають пастеризацією). Говорять,що це практичне нововведення Пастера дозволило Франції ви-платити контрибуцію після поразки у франко-прусській війні, на-стільки воно давало високий економічний ефект.Дослідження бродіння дозволили Пастеру припустити, що

інфекційні хвороби людини є результатом «бродіння соків орга-нізму», спричинене мікроорганізмами, наприклад, мікроорганіз-ми є винуватцями післяопераційних і післяпологових гнійних ус-кладнень. Ідеї Пастера дозволили Джозефу Лістеру (1867) за-пропонувати антисептичний метод в хірургії, заснований на за-стосуванні розчину карболової кислоти для знищення мікроор-ганізмів.Надзвичайно важливими на творчому шляху Пастера були

його роботи по самозародженню черв’яків у м’ясі тощо, але сто-совно мікроорганізмів ще довго існували фантастичні припущен-ня. Пастер звернувся до дослідження цієї проблеми і блискучепоставив крапку в багаторічній суперечці. В роботі «Мемуар проорганізовані тільця, що знаходяться в атмосфері» (1861) він до-водить наявність бактерій у повітрі. Самовільна поява мікробіву живильному середовищі — результат не самозародження, апотрапляння мікроорганізмів у живильне середовище із повітря.Пастер продемонстрував, що прокип’ячене живильне середови-ще може залишатись невизначено довго стерильним (мікробивідсутні), якщо воно вміщене в колбу з довгим вузьким горлом,зігнутим донизу так, щоб мікроорганізми з повітря не могли осі-дати на поверхню середовища. Послідовник Пастера, англійсь-кий фізик Джон Тиндаль, повторюючи його експерименти, вия-вив, що для повної стерилізації достатньо прогрівати середови-ще при невисокій температурі, але багаторазово, щоб встигалипрорости спори бактерій у вегетативні форми, які гинуть привідносно невисокій температурі, тимчасом як спори витримува-ли багатогодинне кип’ятіння. Надалі такий метод стерилізаціїбув названий тиндалізацією і широко застосовується нині.

16

Вивчаючи причини захворювання шовковичних черв’яків, якезавдавало величезних збитків виробництву шовку у Франції,Пастер довів, що воно спричинюється особливим мікроорганіз-мом, і запропонував простий, але ефективний метод боротьби.Потрібно було вибирати і знищувати хворих гусениць, що про-дукують шовк, і заміняти їх на здорових, тобто було запропо-новано основний спосіб запобігання інфекційним захворюван-ням — виявлення та ізоляція інфекції, але вжитий поки що докомах.Науковий пошук Пастера довів етіологічну роль мікроор-

ганізмів у інфекційних захворюваннях. Вчений вважав, що поло-гова гарячка, від якої вмирала в Парижі кожна п’ята породілля,спричинюється стрептококом, а фурункульоз і остеомієліт, не-зважаючи на різну клінічну картину, — одним мікроорганізмом(стафілококом). Розповідають, що під час суду над чоловіком,який застрелив лікаря, що приймав пологи в його дружини, післячого вона захворіла і померла від пологової гарячки, звинуваче-ний на своє виправдання послався на брошуру Пастера про еті-ологію пологової гарячки. Пастер доводив, що лікарі заража-ють своїх пацієнтів, якщо не дотримуються запобіжних заходів.Наприклад, потерпілий лікар не мив рук після кожного пацієн-та, на що і вказував звинувачений.Вивчаючи етіологію сибірської виразки, Пастер експеримен-

тальним шляхом, заражаючи тварин виведеною культурою мікро-організмів, довів, що саме цей мікроорганізм є збудником дано-го захворювання.Таким чином, роботи Пастера заклали основу медичної мікро-

біології.Але Пастер не обмежився доведенням бактеріальної приро-

ди інфекційних захворювань, він розробив спосіб боротьби з ними.Вчений випадково виявив, що введення збудника курячої холе-ри, ослабленого внаслідок довгого зберігання, приводить до роз-витку несприйнятливості до цього захворювання. Пастер зумівгеніально запропонувати принцип профілактики інфекційних за-хворювань шляхом введення атенуйованого (ослабленого) збуд-ника. Пастер розробив принцип атенуації — культивуваннямікроорганізму в несприятливих умовах, одержав першу науко-во розроблену вакцину — сибіркову. Тут ще раз продемонстро-вано дослідницький принцип Пастера: від встановлення науко-вого факту — до теоретичного узагальнення, а від нього — допрактичного застосування.

17

Вершиною наукового подвигу Пастера заслужено вважаєть-ся створення вакцини проти сказу. Сказ спричинюється вірусом,який неможливо побачити ні під мікроскопом, ні виділити наживильних середовищах. Віруси було відкрито пізніше, але цене завадило Пастеру створити ефективну вакцину, яка запобіга-ла цьому абсолютно смертельному захворюванню. Донині такавакцина готується за варіантом пастерівського вірусу (Пастерйого називав фіксованим вірусом).Оцінюючи те, що зробив для розвитку науки Пастер, дивуєш-

ся величі його наукового подвигу. Він є одним із тих геніїв люд-ства, що рідко з’являються і прискорюють розвиток науковогопрогресу на кілька десятиріч.Все зроблене Пастером має величезне значення, але найваж-

ливішим для медицини є створення наукового принципу профі-лактики інфекційних захворювань шляхом вакцинації.В ці роки сформувалась ще одна видатна наукова школа мікро-

біологів — німецька, на чолі з Робертом Кохом (1843–1910).Р. Кох — один із засновників медичної мікробіології. Його працібули присвячені трьом основним напрямкам: доведення мікроб-ної природи інфекційних захворювань, відкриття збудників дея-ких захворювань і розшифровка їх патогенезу (механізму роз-витку хвороб), вдосконалення мікробіологічної техніки.Кох прийняв постулати Генле, сформульовані ним в 1804 р.,

які дозволяють визнати мікроорганізм збудником захворюван-ня, і на їх основі переконливо довів етіологію сибірської вираз-ки. Внаслідок цього стали говорити про «тріаду Генле — Коха».Її суть полягає в такому:

1) очікуваний мікроб-збудник повинен виявлятися при цьомузахворюванні і не зустрічатися при інших хворобах й у здоро-вих;

2) збудник має бути виділений в чистій культурі;3) чиста культура мікроба повинна викликати в експеримен-

тально заражених тварин захворювання, схоже на захворюван-ня людини.Р. Кох відкрив збудника туберкульозу і холери, одержав ту-

беркулін й використав його для діагностики і лікування, відкривявище нестерильного імунітету й інфекційної алергії.Однак для того часу найзначнішим внеском Роберта Коха у

розвиток мікробіології є розробка ним основних методів мікро-біологічного дослідження. Метод виділення чистих культур нагустих живильних середовищах, впровадження якого є головною

18

заслугою Коха, застосовують дотепер. Вчений запровадив умікробіологічну техніку густі живильні середовища, що дозво-лило розділити мікроорганізми і отримати чисті культури. Тількипісля створення надійного методу виділення чистих культурмікробіологія стала справжньою наукою, звільнившись від інтуї-тивно-емпіричного методу досліджень. Пастеру, наприклад, невдавалося працювати з чистими культурами.Кох запровадив у мікробіологічну практику анілінові барвни-

ки для забарвлення бактерій, вперше застосував імерсійні об’єк-тиви, мікрофотографування.Заслуги Р. Коха перед наукою були відзначені вищим визнан-

ням — Нобелівською премією з медицини (1905).На цьому етапі розвитку мікробіології головна увага приділя-

лась визначенню ролі мікроорганізмів в етіології інфекційнихзахворювань, тобто відбувалося становлення і розвиток медич-ної мікробіології. Але паралельно розвивалась і загальна мікро-біологія. Була визначена кардинальна роль мікроорганізмів убіологічно важливих кругообігах речовин на Землі — вуглецю,азоту, сірки. В цьому найбільша заслуга належить Сергію Ми-колайовичу Виноградському (1856–1953), видатному вітчизняно-му вченому, який тривалий час працював у Петербурзі, потім —у США. Виноградський став засновником сільськогосподарсь-кої та екологічної мікробіології.Значний внесок у мікробіологію зробив голландський вчений

Мартинус Беєрник (1851–1931). Він довів, що роль мікробів укругообігу речовин і родючості грунту зумовлена їх колосаль-ною хемосинтетичною активністю, яка дозволяє їм здійснюватихімічні перетворення, недоступні ні тваринам, ні рослинам.Після основоположних робіт Пастера і Коха за дуже корот-

кий період в кілька десятиліть було відкрито збудників більшостіінфекційних захворювань і токсини бактерій. Е. Ру і А. Йерсен(1888) виділили дифтерійний токсин, Е. Беринг і С. Кітазато (1890)отримали протидифтерійну сироватку, яка врятувала життя ба-гатьом хворим. Цей період називають золотою порою мікробіо-логії.Перша половина ХХ ст. охарактеризувалась подальшим роз-

витком мікробіології, описом нових і уточненням властивостейвідомих мікроорганізмів, дослідженням мінливості мікроор-ганізмів і варіантів видів. Тоді ж виникає хіміотерапія інфекцій-них захворювань. Цей напрямок пов’язаний з ім’ям видатногонімецького вченого — Пауля Ерліха (1854–1915).

19

Ерліх розробив основи синтезу лікарських засобів і випробу-вав їхню протимікробну активність, отримав метиленовий синій,перші синтетичні хіміопрепарати — сальварсан і неосальварсан— на основі миш’яку для лікування сифілісу. Надалі хіміотерапіястала одним із найважливіших напрямків у терапії захворювань.Другий важливий напрямок лікування — антибіотикотерапія.

Вона також виникла у цей період розвитку мікробіології. Післявідкриття А. Флемінгом пеніциліну (1929) і виділення йогоХ. Флорі та Е. Чейном в стабільному стані (1940) розпочаласяера антибіотикотерапії. Вона триває й нині, оскільки антибіоти-ки — поки що головний засіб боротьби з патогенними мікроор-ганізмами для більшості інфекційних захворювань.Характерними для розвитку мікробіології в першій половині

ХХ ст. були такі дві обставини. Тривалий час біологія і мікробіо-логія розвивались паралельно, але близько 1950 р. біологи усві-домили цінність багатьох методичних досягнень мікробіології,наприклад, культивування рослинних і тваринних клітин. Крімтого, мікробіологія зробила суттєвий внесок у розвиток новоїнауки — біохімії. Відкриття, зроблені мікробіологами і фізіоло-гами щодо біосинтезу, довели, що всі живі системи на біохіміч-ному рівні дуже подібні, виникла концепція «єдності біохімії» усьо-го живого, і в цьому суттєва роль належить мікробіології.Другою важливою подією в біології ХХ ст. є виникнення на-

уки генетики на основі інтеграції цитології і менделівського прин-ципу аналізу спадковості. Мікробіологія стала часткою систе-ми генетичних наук після відкриття мутацій у грибів (Г. Бідл іЕ. Татум, 1941), після чого гриб Neurospora став, як і дрозофіла,важливим об’єктом генетичних досліджень. Надалі перший екс-периментальний доказ генетичної ролі ДНК в процесі трансфор-мації бактерій (О. Ейвері, К. Мак-Леод і М. Мак-Карті, 1944)започаткував розвиток нової науки — молекулярної біології. Цянаука виникла і розвивалась внаслідок інтеграції мікробіології,генетики і біохімії. Саме мікробіологія зробила фундаменталь-ний внесок у цю важливу подію в біології.Сучасний період у розвитку мікробіології переважно пов’яза-

ний з бурхливим розвитком вірусології та імунології, внаслідокчого мікробіологія, застосовуючи нові препарати і методи, здо-була потужний імпульс свого розвитку. Мікробіологічні об’єктистають основою для генної інженерії. Так, дріжджі або кишковапаличка є найкращими мікроорганізмами для отримання штамів-продуктів необхідних речовин, у тому числі й лікарських.

20

Історичний розвиток вірусології та імунології буде розгляну-то під час вивчення відповідних курсів.Початок розвитку мікробіології в Росії пов’язаний з іменами ви-

датних лікарів і вчених Д. Самойловича (1744–1805) і М. М. Те-реховського (1740–1796). Самойлович припустив, що «чума вы-зывается особенным и совершенно отменным существом». Длядопастерівського часу це було сміливим і новим твердженням.Вчений дійшов висновку, що для запобігання захворюванню по-трібно вводити ослаблену заражену основу. Для доказу свогоприпущення він увів собі матеріал від хворого на чуму (1771).М. М. Тереховський у роботі «О наливочном хаосе Линнея»

(1775) довів, що нагрівання вбиває мікроорганізми у живильнихсередовищах, і заперечив теорію самозародження мікроор-ганізмів.У період бурхливого розвитку мікробіології в Росії формува-

лись наукові школи мікробіологів.Петербурзька мікробіологічна школа, яку очолив С. М. Ви-

ноградський, формувалась навколо Інституту експерименталь-ної медицини.Широку популярність здобули праці петербурзького дослід-

ника Ф. О. Леша (1840–1903), який відкрив збудника амебної ди-зентерії. В Петербурзі Д. К. Заболотний організував (1896) і про-тягом 30 років очолював першу в Росії самостійну кафедру мікро-біології при медичному інституті.Першим, хто відкрив віруси (перше повідомлення датується

1892 р.), став Д. І. Івановський (1864–1920), який розпочав своїдосліди ще студентом Петербурзького університету.Головою московської мікробіологічної школи став учень

І. І. Мечникова Г. М. Габричевський (1860–1907), який керувавБактеріологічним інститутом при Московському університеті. Вінбагато зробив для вивчення скарлатини та інших захворювань.Його стрептококова теорія скарлатини завоювала загальне ви-знання.Видатні московські вчені З. В. Єрмольєва (1898–1974), яка ство-

рила радянський пеніцилін, Л. О. Зільбер (1894–1966), який відкриввірус кліщового енцефаліту і створив вірусо-генетичну теоріюпухлинного процесу, П. Ф. Здродовський (1890–1976), відомийпрацями з бруцельозу, рикетсіозів та імунології, В. Д. Тімаков(1905–1977), який працював у галузі профілактики інфекційнихзахворювань, генетики мікроорганізмів і космічної мікробіології,дуже багато зробили для розвитку мікробіологічної науки.

21

Серед відомих вітчизняних вірусологів необхідно відзначитиВ. М. Жданова, А. О. Смородинцева, М. П. Чумакова та ін., якібагато зробили для розвитку вірусології і створення лікувально-профілактичних противірусних препаратів.

3. РОЗВИТОК МІКРОБІОЛОГІЇ,ВІРУСОЛОГІЇ ТА ІМУНОЛОГІЇВ УКРАЇНІ

З Україною пов’язані імена великих вчених, які ще наприкінціХІХ і на початку ХХ ст. серйозно впливали на розвитокмікробіології. На той період в Україні працювали створені накошти медичних товариств, пожертви меценатів і населенняОдеська бактеріологічна станція (перша в Україні, 1886), Харків-ський інститут щеплення і бактеріологічна станція Медичноготовариства (1887), Київський бактеріологічний інститут (1896),Єкатеринославський санітарно-бактеріологічний інститут (1912).Вони сприяли становленню і подальшому розвитку в Українімедичної мікробіології як науки.На початку виникнення мікробіології в Україні вже велися цікаві

й оригінальні дослідження, українські вчені в другій половиніХІХ ст. випередили багатьох зарубіжних дослідників, створюючидуже важливі положення, які й сьогодні мають велике значення:вплив зовнішнього середовища на життєдіяльність мікроор-ганізмів, мінливість мікробів, роль нервової системи в імунітетіта багато іншого. У витоків мікробіологічних досліджень в Ук-раїні стояли представники різних медичних спеціальностей, вив-чалися питання, важливі як у загальнонауковому напрямку, так інеобхідні для охорони народного здоров’я. Багато цікавого й но-вого для того часу було зроблено в напрямках діагностики інфек-ційних захворювань, пошуків найефективніших методів лікуванняокремих хвороб. В кінці XIX — на початку ХХ ст. в Україні сфор-мувались мікробіологічні школи — в Одесі, Харкові, Києві.Київська школа мікробіологів формувалась всесвітньо відо-

мими вченими Г. М. Мінхом, Ф. О. Лешем, В. К. Високовичем,В. В. Підвисоцьким, І. Г. Савченком, Д. К. Заболотним, О. Д. Пав-ловським та ін.Видатний вчений Г. М. Мінх очолював у Київському уні-

верситеті кафедру патологічної анатомії з 1876 по 1894 рр.

22

Цим часом на кафедрі проводили дослідження прокази й чуми,було доведено інфекційну природу прокази. Г. М. Мінх є авто-ром відомої праці «Чума в Росії» — неперевершеного за обся-гом твору з епідеміології чуми.В. К. Високович був засновником київської школи наукової

епідеміології. Одним із перших він приготував черевнотифознувакцину, встановив профілактичну дію протичумної сироватки,двічі брав участь у ліквідації спалахів чуми в Одесі (1901–1910),під його керівництвом працювала експедиція, направлена дляборотьби з чумою в Індію.В. В. Підвисоцький вважав, що мікроорганізми є причиною

виникнення злоякісних новоутворень. Відомі його праці з гісто-генезу новоутворень, їх терапії, біології палички сибірки, холер-ного вібріона та багато іншого. Він автор підручника «Основизагальної та експериментальної патології», в якому був само-стійний розділ з бактеріології. Він перший запропонував органі-зувати на медичних факультетах самостійні кафедри мікробіо-логії.І. Г. Савченко вивчав роль центральної нервової системи в

утворенні імунітету. Відомі його досліди з перерізуванням спин-ного мозку в голубів при зараженні сибіркою. Д. К. Заболотнийта І. Г. Савченко у студентські роки провели на собі дослід зімунізацією проти холери через шлунково-кишковий тракт.О. Д. Павловський вивчав туберкульоз (створив живильне

середовище, яке тепер називається його ім’ям), риносклерому,хірургічні інфекції (стафілококовий глосит, етіологія номи та ін.),антагонізм мікробів, виготовлення антидифтерійної сироватки.Видатний український вчений Данило Кирилович Заболотний

(1866–1929) вивчав епідеміологію чуми як природно-осередково-го захворювання, встановив роль гризунів як резервуарів інфекції.Академіка Заболотного було обрано Президентом УкраїнськоїАкадемії Наук (1928), його ім’я всесвітньо відоме.Академік Д. К. Заболотний став засновником і першим ди-

ректором Інституту мікробіології та епідеміології Наркоматуосвіти (1928), який з 1931 р. носить його ім’я. В інституті вивча-ються патогенні для людини мікроорганізми, ведуться до-слідження з загальної, промислової мікробіології, а після Вели-кої Вітчизняної війни — присвячені антибіотикам, біохімії, гене-тиці мікроорганізмів, радіаційній мікробіології, вірусології. З 1944 р.протягом 30 років інститут очолював відомий український вче-ний В. Г. Дроботько, який обгрунтував етіологію стахіботріо-

23

токсикозу як інтоксикації токсином сапрофітного гриба, вивчавбіологію капсульних і кишкових бактерій, мінливість мікроор-ганізмів, бактеріофагію, фітонциди та антибіотики. Сьогодні підкерівництвом академіка В. В. Смирнова триває розвиток науко-вих досліджень інституту в напрямку вивчення екології корис-них і шкідливих мікроорганізмів, розробки лікувально-профілак-тичних препаратів із живих бактерій (пробіотиків), молекуляр-но-генетичних досліджень бактерій і вірусів, багатьох інших важ-ливих проблем сучасної мікробіології та вірусології. В інститутііснує колекція непатогенних мікроорганізмів, яка налічує понад20 000 штамів, внаслідок свого стратегічного значення вона єнаціональним надбанням України. Інститут мікробіології і віру-сології ім. Д. К. Заболотного Академії Наук України дійсно ставфлагманом української мікробіології та вірусології.З ініціативи «Товариства для боротьби з заразними хвороба-

ми» у Києві відкривається Бактеріологічний інститут (1896), якийтоді складався лише з двох відділів: для виготовлення проти-дифтерійної сироватки (на чолі з О. Д. Павловським) і пастерів-ського — для виготовлення антирабічної вакцини (на чолі зВ. К. Високовичем). Одразу ж в інституті були започатковані нетільки виробнича, а й науково-дослідна діяльність.За перші 20 років свого існування в інституті було розробле-

но, створено і налагоджено випуск майже 20 імунопрофілактич-них, лікувальних та діагностичних бактерійних препаратів, із них— 6 вакцин. В 1920 р. Бактеріологічний інститут було перейме-новано на Санітарно-бактеріологічний, а в 1938 р. — на Україн-ський інститут епідеміології та мікробіології. Тут працюваливідомі вчені — М. П. Нещадименко, М. К. Кронтовська, В. Г. Дро-ботько, С. С. Дяченко, В. А. Барикін. У післявоєнні роки інсти-тут став головним науково-методичним центром України з проб-лем теоретичної та практичної медичної мікробіології, епідеміо-логії, імунології. З 1953 по 1980 р. наукове керівництво інститу-том очолював всесвітньо відомий вчений академік Л. В. Грома-шевський, який сформулював теорію епідемічного процесу, ство-рив вчення про механізм передачі інфекції, рушійні сили епідеміч-ного процесу, розробив епідеміологічну класифікацію інфекцій-них хвороб. В 1981 р. інститут об’єднано з Київським інститутомінфекційних хвороб. Об’єднаний інститут здобув назву КНДІ епі-деміології та інфекційних хвороб ім. Л. В. Громашевського. Сьо-годні це головний науково-дослідний заклад України з проблеммікробіології, епідеміології, інфекційної патології.

24

Харківська школа мікробіологів починала формуватися підвпливом родоначальника вітчизняної мікробіології Л. С. Цен-ковського, який ще в 1855 р. опублікував класичну працю«О низших водорослях и инфузориях» і виявив схожість бактерійз ціанобактеріями. Після виходу з Новоросійського університе-ту він обладнав приватну бактеріологічну лабораторію в своємумаєтку в Харківській губернії, де у 1883 р. отримав високоефек-тивну стійку вакцину, яку протягом понад 60 років використову-вали в нашій країні для профілактики сибірки серед сільсько-господарських тварин.У Харкові ще в 1887 р. була створена друга в Росії (після

Одеської) пастерівська станція, яка відіграла значну роль врозвитку мікробіології, стала базою для створення Харківсь-кого санітарно-бактеріологічного інституту, згодом — Хар-ківського НДІ мікробіології та імунології ім. І. І. Мечникова,одного з провідних науково-дослідних інститутів нашої краї-ни.Видатний мікробіолог і епідеміолог С. І. Златогоров, пред-

ставник петербурзької школи, залишив значний слід у розвиткухарківської школи, він був директором санітарно-бактеріологіч-ного інституту, серед його учнів відомі мікробіологи — В. С. Дер-кач, М. М. Цехновіцер, Б. Л. Палант.Проф. В. С. Деркач очолював кафедру мікробіології 2-го Хар-

ківського медичного інституту (1932–1941) і 1-го Харківськогомедичного інституту (1944–1971), став засновником школи харків-ських мікробіологів, підготував 6 докторів і 55 кандидатів ме-дичних наук. Основним напрямком наукових досліджень В. С. Дер-кача та його учнів було вивчення питань антибіотикотерапії,хіміотерапії, імунології. Учнем В. С. Деркача є нинішній завіду-вач кафедри мікробіології, вірусології та імунології Харківсько-го державного медичного університету академік А. Я. Циганен-ко. Наукові інтереси А. Я. Циганенка та його численних учнівполягають у галузі субклітинних і молекулярних механізмів діїантибіотиків, вивчення механізмів вироблення антибіотикорези-стентності та шляхів її подолання, розробки раціональних схемантибактеріальної терапії, питань імуномодулюючої терапії тахіміотерапії експериментальних пухлин.Харківський НДІ мікробіології та імунології ім. І. І. Мечнико-

ва на чолі з одним із провідних українських вчених у галузі мікро-біології й імунології Ю. Л. Волянським розробляє найактуальнішіпроблеми сучасної медичної мікробіології.

25

Одеська школа мікробіологів знаходилася біля витоків роз-витку мікробіології не тільки в Україні, а й загалом в Росії.Розвиток мікробіології в Одесі пов’язаний з ім’ям видатно-

го вченого, одного із основоположників медичної мікробіологіїІллі Ілліча Мечникова. Вчений народився в 1845 р. у Хар-ківській губернії, навчався в Харківському університеті, післячого працював за кордоном, а в 1868 р. після захисту док-торської дисертації професором зоології в Петербурзькомууніверситеті. В 1870 р. обирається професором зоології Ново-російського університету в Одесі. Саме з Одесою пов’я-зані основні наукові дослідження Мечникова. Він відкриваєявище фагоцитозу і створює фагоцитарну теорію імунітету.Перше повідомлення про фагоцитарну теорію Мечников ро-бить в 1882 р. на засіданні Одеського товариства лікарів і при-родознавців. Ось чому саме в Одесі в 1982 р. святкувалось100-річчя фагоцитарної теорії, на Міжнародну конференціюприбули відомі вчені з різних країн світу. За відкриття фаго-цитарної теорії І. І. Мечников був нагороджений Нобелівсь-кою премією (1908). Визначні роботи вченого присвячені вив-ченню багатьох інфекцій, ролі нормальної мікрофлори організ-му, неінфекційній імунології.В Новоросійському університеті І. І. Мечников працював

тільки до 1882 р., тому що через незгоду з політикою керівництвауніверситету щодо студентства він вирішує залишити універси-тет. В 1886 р. Мечников разом з М. Ф. Гамалією і Я. Ю. Барда-хом організовує бактеріологічну станцію в Одесі. Тут впершепісля Пастерівського інституту в Парижі розпочинається прове-дення щеплень проти сказу за методом Пастера. М. Ф. Гамалія,за рекомендацією І. І. Мечникова, направляється до Пастера, уякого отримує матеріал для щеплень. Надалі всі такі станції зпрофілактики сказу, за аналогією з Одеською станцією, назива-ються пастерівськими. Досвід Одеської станції мав великийвплив на впровадження і широке розповсюдження в світі пасте-рівських щеплень проти сказу, а М. Ф. Гамалія багато зробивдля пропаганди методу.В 1888 р. І. І. Мечников переїжджає із Одеси в Париж у пасте-

рівський інститут, де і працює до останніх років життя. Помервчений у 1916 р. У 1910 р. з приводу свого від’їзду із Росії Меч-ников писав: «Було б неможливо з байдужістю бути присутнімпри тому руйнуванні науки, яке тепер з таким цинізмом прово-диться в Росії».

26

Учнями І. І. Мечникова були М. Ф. Гамалія (пізніше почес-ний академік, який багато зробив для науки і організації вироб-ництва вакцин у нашій країні) та А. М. Безредка, який закінчивНоворосійський університет, здобув медичну освіту в Парижі,працював у лабораторії І. І. Мечникова, а після його смерті очо-лив лабораторію. Основні праці Безредки присвячені вивченнюалергії.Л. О. Тарасевич також закінчив Новоросійський університет

в Одесі, працював у І. І. Мечникова в Парижі. Праці Тарасеви-ча присвячені розробці і впровадженню профілактичних щеп-лень проти кишкових інфекцій і туберкульозу. Учнем Мечнико-ва був також Г. Н. Габричевський.В Одесі багато що пов’язано з ім’ям І. І. Мечникова. Одесь-

кий державний університет, в якому він працював у 1870–1882рр., носить його ім’я. Символічно, що в Одесі вулиця Мечниковамежує з вулицею Пастера.Г. М. Мінх (1836–1896) і О. О. Мочутковський (1845–1903) та-

кож працювали в Одесі, багато зробили для вивчення поворот-ного і висипного тифів, здійснивши дослід самозараження кро-в’ю хворих.Д. К. Заболотний, закінчивши Новоросійський університет, в

1920–1923 рр. працював в Одесі, керував кафедрою мікробіологіїі кафедрою епідеміології, деякий час був директором Одеськогомедичного інституту.З Одесою пов’язані значні події в розвитку мікробіології, отже

можна говорити про одеський період становлення мікробіологіїв Росії та Україні.На базі другої в світі Одеської бактеріологічної станції ство-

рено Одеський науково-дослідний інститут мікробіології та епі-деміології ім. І. І. Мечникова, згодом — Одеський НДІ епідеміо-логії і вірусології ім. І. І. Мечникова, який був єдиним в Українінауково-дослідним закладом вірусологічного профілю. Дослі-дження цього інституту останнім часом були присвячені бага-тьом проблемам сучасної вірусології, особливо вивченню гостро-актуальних захворювань — грипу та гострих респіраторних вірус-них інфекцій. Під керівництвом проф. Г. С. Скрипченка в інсти-туті було розроблено концепцію боротьби з грипом в Україні,вперше відкрито невідомі раніше провісники епідемій грипу, яви-ще фазових перетворень вірусу грипу, запропоновані нові спо-соби прогнозування епідемій грипу й одержання вакцин, сирова-ток і діагностичних препаратів тощо.

27

У розвитку мікробіології в інших регіонах України значна рольналежить видатним мікробіологам Ю. І. Деміховському (Дніпро-петровськ), К. Д. Пяткіну, Ю. С. Кривошеїну (Сімферополь),Г. П. Кондратенку (Донецьк) та ін.Викладання мікробіології спочатку проводилося в курсі загаль-

ної патології, пізніше були створені самостійні кафедри.Головною кафедрою мікробіології, вірусології та імунології

МОЗ України є кафедра Національного медичного університетуім. О. О. Богомольця. Нині її очолює голова Проблемної комісіїз мікробіології та вірусології при МОЗ та АМН України чл.-кор.НАН і АМН України проф. В. П. Широбоков.Кафедра була заснована в 1919 р. Спочатку існувало дві ка-

федри мікробіології, з українською та російською мовами ви-кладання, потім вони об’єдналися в одну на чолі з проф. М. П. Не-щадименком (1869–1942), який керував кафедрою до 1941 р. Нау-кові інтереси М. П. Нещадименка та його співпрацівників булипов’язані з розробкою питань дії дифтерійного токсину, впро-вадження в Україні дифтерійного анатоксину та БЦЖ, з’ясуван-ня ролі стрептокока в інфекційній патології, дослідження менінго-кокової інфекції.З 1943 до 1973 р. завідувачем кафедри був видатний українсь-

кий вчений проф. С. С. Дяченко (1898–1992). Його наукові дослі-дження були спрямовані на розвиток багатьох важливих науко-вих проблем, зокрема, вивчення антигенної структури мікробівкишкової групи, етіології інфекційних захворювань, розробкиметодів їх діагностики, питань загальної та інфекційної імуно-логії, вірусології. С. С. Дяченко провів піонерські дослідженнятак званого антигену вірулентності палички черевного тифу,першим одержав античеревнотифозну лікувальну Vi-сироватку,високоефективну при клінічному застосуванні. Під його науко-вим керівництвом співпрацівниками кафедри здійснено цикл іму-нологічних досліджень, який став вагомим внеском у теорію іпрактику інфекційної і загальної імунології, розшифровку анти-генної будови збудників бактеріальної природи, обгрунтуванняефективних лікувально-профілактичних і діагностичних препа-ратів, у пізнання закономірностей формування імунної відповідіорганізму.Під час керівництва кафедрою доцента В. В. Гашинського

(1973–1979) на кафедрі виконувалися дослідження з проблем за-гальної мікробіології (ріст, розвиток, культивування, функціо-нальна активність мікроорганізмів). Грунтовні дослідження

28

здійснені з розробки і впровадження пласт-агару — замінникаагар-агару.З 1979 р. кафедру очолює проф. В. П. Широбоков.Кафедра проводить багатопланові наукові дослідження з

різних актуальних проблем інфекційної патології. Велике зна-чення мають дослідження біологічних властивостей і патогене-зу бактероїдних захворювань в напрямку ролі бактероїдів придеяких захворюваннях у хірургічній, акушерсько-гінекологічнійта стоматологічній клініках, які досконально вивчалися проф.О. Г. Тишком.З 70-х років на кафедрі проводяться масштабні дослідження

впливу на бактерії і віруси дезінфектантів і поверхнево-актив-них речовин.Розробка питань вірусології, яка починалася на кафедрі ще в

50-х роках під керівництвом проф. С. С. Дяченка, набула про-відного значення за участі та під керівництвом проф. В. П. Ши-робокова, кандидатська дисертація якого була присвячена мо-лекулярно-біологічному вивченню властивостей вірусів Коксакі,а докторська — порівняльному вивченню біологічних властиво-стей вірусів Коксакі та їхніх селекціонованих варіантів. Ним буловперше сформульовано положення про дисоціацію ентеровірусівпід час репродукції, розроблено ефективні методи вірусологіч-ного і молекулярно-біологічного дослідження: очищення і кон-центрація ентеровірусів, одержання вірусних бляшок в куль-турі клітин, очищення і фракціонування клітинної і вірусної РНКна бентонітових колонках тощо. Зареєстроване явище дисоці-ації ентеровірусів під час репродукції і розробка методів селекціо-нування окремих варіантів у подальшому глибоко вивчались інині вивчаються співробітниками кафедри.Останнім часом на кафедрі досліджують широке коло питань,

пов’язаних із біологічними властивостями ентеровірусів, особли-востями патогенезу та імуногенезу спричинених ними захворю-вань, значення явища дисоціації для теорії і практики вірусології.Кафедра мікробіології, вірусології та імунології НМУ

ім. О. О. Богомольця є навчально-методичним центром, який ко-ординує навчальний процес з мікробіології, вірусології та імуно-логії, базою для підвищення кваліфікації викладачів, на якійщорічно проходять цикли підготовки співробітники кафедр усіхнавчальних медичних закладів України.На жаль, немає можливості зупинитися на діяльності кафедр

інших медичних навчальних закладів України, серед яких най-

29

старішою є самостійна кафедра мікробіології Дніпропетровсь-кої медичної академії, заснована у 1918 р. Л. В. Падлевським.Докладніше розповімо про кафедру мікробіології, вірусології

та імунології Одеського державного медичного університету.Ще в 1895 р. у Новоросійському університеті було створено

доцентський курс бактеріології при кафедрі ботаніки, який очо-лював один з учнів І. І. Мечникова — Яків Юльєвич Бардах, ім’яякого згадувалось у зв’язку з організацією пастерівської станціїв Одесі.Після організації в 1900 р. медичного факультету, засновни-

ком і першим деканом якого був видатний патолог ВолодимирВалеріанович Підвисоцький, на очолюваній ним кафедрі загаль-ної патології та гістології в 1901 р. було розпочато викладаннямедичної мікробіології. Курс лекцій спочатку читав проф. В. В. Під-висоцький, потім навчальний процес з бактеріології вели йогоучні Л. О. Тарасевич і С. М. Щастний, які стали видатними ра-дянськими мікробіологами. В 1905 р., після переїзду В. В. Підви-соцького до Петербургу, кафедру загальної патології очоливМ. Г. Ушинський, а з 1908 р. — Володимир Васильович Воронін.Мікробіологію на кафедрі викладали, крім Тарасевича і Щаст-ного, М. Ф. Гамалія, В. Н. Стефанський і О. О. Богомолець. В1912 р. С. М. Щастний видав стислий курс мікробіології інфекцій-них хвороб. У цей період досліджувались проблеми імунології,мікробіології та епідеміології чуми, холери, скарлатини, маляріїтощо.В 1921 р. медичний факультет Новоросійського університету

і Вищі медичні жіночі курси перетворюються на Медичну акаде-мію, першим ректором якої став видатний мікробіолог і епідеміо-лог проф. Данило Кирилович Заболотний. Тоді ж була організо-вана самостійна кафедра мікробіології. Засновником і першимзавідувачем її став Сергій Михайлович Щастний, який цю робо-ту поєднував з посадою директора Бактеріологічного інститутуі професора хіміко-фармацевтичного інституту.В 1922 р. кафедрою завідував Д. К. Заболотний, а в 1923 р.

кафедру за сумісництвом очолив завідувач кафедри інфекцій-них хвороб Вячеслав Карлович Стефанський. З 1924 по 1941 рр.кафедрою керував проф. Володимир Леонтійович Єлін. Кафед-ра вивчала питання імунології, роль ретикуло-ендотеліальноїсистеми, мінливість мікроорганізмів. Під керівництвом проф.Єліна було створено агар-агарове виробництво, при кафедрі —науково-дослідну мікробіологічну станцію.

30

В 1945–1946 рр. кафедра відновлювалась під керівництвомпроф. Володимира Всеволодовича Сукнєва, а після його смертікафедрою за сумісництвом керував Яків Климентійович Гіммель-фарб, завідувач кафедри епідеміології.У лютому 1947 р. на посаду завідувача кафедри був обраний

проф. Сергій Михайлович Мінервін, який очолював її до 1970 р.Співробітники кафедри мікробіології Одеського державного ме-дичного університету вважають його своїм Вчителем, з його іме-нем пов’язаний довгий і плідний період діяльності кафедри. Про-фесор Мінервін — відомий вітчизняний мікробіолог, представ-ник школи професора Володимира Олександровича Барикіна.Проф. С. М. Мінервін народився в 1888 р. Після закінчення в

1914 р. Варшавського університету працював лікарем на селі,служив в армії. Після демобілізації — науковий співробітникМосковського мікробіологічного інституту (1921–1931), дирек-тор Південно-Кавказького інституту епідеміології та мікробіо-логії, завідувач кафедри мікробіології Дніпропетровського ме-дичного інституту та інституту вдосконалення лікарів (1931–1941), завідувач мікробіологічним відділом Одеського інститутуепідеміології та мікробіології ім. І. І. Мечникова (1944–1947).Основним напрямком наукової діяльності С. М. Мінервіна було

вивчення питань патогенезу інфекційних захворювань.Він першим обгрунтував токсикоінфекційну природу ботуліз-

му — захворювання, яке розвивається після вживання консерво-ваних продуктів, заражених паличкою ботулізму, які містили ужесформовану бактеріальну отруту — ботулінічний токсин. У своїйдокторській дисертації С. М. Мінервін довів, що поява ботуліз-му обумовлена не тільки дією токсину, що міститься в харчово-му продукті, але й токсину, який додатково продукується внаслі-док розмноження збудника в організмі людини. Вчений разом зісвоїми співробітниками запропонував прискорений метод діаг-ностики ботулізму, який дозволяє за 2–3 год встановити точнийдіагноз, що забезпечує правильне і вчасно розпочате специфіч-не лікування. Цей метод впроваджено в лабораторну практику.Він запропонував також новий спосіб лікування ботулізму одно-часним введенням протиботулінічної сироватки внутрішньом’я-зово і перорально, що знайшло застосування в практиці.Другий напрямок наукових досліджень С. М. Мінервіна —

вивчення патогенезу газової анаеробної інфекції і правця. По-ряд з багатьма аспектами цієї проблеми, С. М. Мінервін і йогоучні вивчали питання потенційованої дії бактеріальних токсинів.

31

Він вперше довів, що спільна дія бактерійних токсинів дає над-сумарний ефект, що ускладнює перебіг і терапію асоційованихінфекцій. Потенційований токсичний ефект може виявлятись та-кож у разі спільної дії токсинів із продуктами життєдіяльностіумовно патогенних і апатогенних мікроорганізмів-асоціантів. Цейаспект проблеми потенційованої дії успішно розробляв ученьС. М. Мінервіна — проф. А. В. Целух.Ще один науковий напрямок робіт С. М. Мінервіна — ви-

вчення інфекційної алергії при стрептококових (скарлатина, рев-матизм) і стафілококових інфекціях.Проф. С. М. Мінервін був талановитим вченим і прекрасним

педагогом. Багато його учнів стали завідувачами кафедр, очо-лили наукові колективи. Під його керівництвом виконано 11 док-торських і 53 кандидатські дисертації. Отже, можна сміливо го-ворити про школу проф. С. М. Мінервіна.Учень С. М. Мінервіна, проф. А. В. Целух, замінив його на по-

саді завідувача кафедри в 1970 р. і очолював кафедру до 1992 р. Уцей період тривала розробка наукових напрямків Вчителя, го-ловним чином, з проблем патогенезу анаеробних інфекцій таінфекційної алергії, причому дослідження проводились спільноз кафедрами патологічної фізіології, терапії, хірургії, дитячиххвороб.Після проф. А. В. Целуха протягом трьох років завідування

кафедрою суміщав з посадою директора Одеського НДІ епідеміо-логії та вірусології ім. І. І. Мечникова проф. Г. С. Скрипченко,відомий український вірусолог, наукові дослідження якого при-свячені переважно вивченню грипу. В цей період кафедра пра-цювала над питаннями вдосконалення мікробних діагностичнихпрепаратів.Сьогодні на кафедрі досліджуються атипові мікробактерії для

розробки методів диференційної діагностики туберкульозу і міко-бактеріозів у людини й тварин. Зокрема, вивчається вміст міко-бактерій для виділення видоспецифічних компонентів, які мож-на буде використати для створення нових, більш ефективних діаг-ностичних препаратів. Ще один науковий напрямок кафедри —дослідження імунології захворювань, що спричинюються внут-рішньоклітинними збудниками — токсоплазмами, хламідіями,мікоплазмами, цитомегаловірусами, вірусами герпесу тощо.На кафедрі працює науковий студентський гурток. Студенти

можуть брати участь у його роботі у різних формах: оволодінняметодами мікробіологічних та імунологічних досліджень, відвіду-

32

вання профільних лабораторій, підготовка наукових рефератів,виконання експериментальних досліджень самостійно або ра-зом із співробітниками кафедри. В гуртку можна одержати до-даткові знання та вміння, опанувати навички науково-дослідноїроботи та роботи з літературою. Все це може стати у пригодікожному студенту, навіть якщо він і не мріє про професію «мис-ливця за мікробами». Цей вислів став крилатим з легкої рукивидатного популяризатора медицини Поля де Крайфа. Книгупід такою назвою можна настійно рекомендувати кожному сту-дентові. В ній у виключно цікавій формі розповідається про ви-датних мікробіологів та розвиток мікробіології. Свого часу цякнига стала однією з причин, через яку не один із студентів-ме-диків обрав для себе шлях у мікробіологію. Але в будь-якомуразі в книзі є багато корисного для майбутнього лікаря.Навчально-дослідна робота студентів (НДРС) проводиться

на кафедрі через підготовку рефератів з найбільш складних іактуальних питань. Ці реферати студенти зачитують під час ла-бораторних занять. Можна також виготовити мікробіологічнідемонстраційні препарати, розробити і виготовити таблиці танаочні посібники, що не тільки корисно для оновлення і попов-нення навчального фонду кафедри, але й допомагає студентамтворчо засвоїти навчальний матеріал. Можуть бути й інші фор-ми НДРС, тут є необмежений простір для творчості.

33

ЛЕКЦІЯ ІІОСНОВНІ ПРИНЦИПИКЛАСИФІКАЦІЇ МІКРООРГАНІЗМІВ.МОРФОЛОГІЯ БАКТЕРІЙ

1. Основні принципи класифікації мікроорганізмів2. Морфологія бактерій3. Ультраструктура бактерій4. Тинкторіальні властивості бактерій

1. ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ КЛАСИФІКАЦІЇМІКРООРГАНІЗМІВ

Предмет вивчення мікробіології — світ мікроорганізмів —настільки різноманітний, що найголовнішою спільною ознакоюможна вважати лише їхні мікроскопічні розміри. Мікроорганіз-ми суттєво розрізняються за рівнем організації генетичного ма-теріалу, за наявністю та складом білоксинтезуючих ферментнихсистем, за будовою клітинної стінки й іншими властивостями.За цими ознаками всі відомі мікроскопічні істоти поділяютьсяна три царства: еукаріот, прокаріот і царство вірусів.Характерні особливості зазначених царств життя є такими.Еукаріоти мають диференційоване ядро з ядерною мембра-

ною, ядерцем та апаратом мітозу, у них, як правило, диплоїднийгеном, рибосоми 80 S, розвинуті внутрішні мембранні структуриу вигляді ендоплазматичної сітки, мітохондрій, лізосом, інші ха-рактерні ознаки (табл. 2.1). До еукаріот належать всі тваринніта рослинні організми на Землі. Патогенні еукаріотичні мік-роорганізми є серед найпростіших, що докладно вивчалось вкурсі медичної біології, і грибів, що буде розглянуто в курсі спеці-альної медичної мікробіології.Прокаріоти — це клітинні організми, у яких немає оформле-

ного ядра, ядерний апарат організовано значно простіше, ніж уеукаріот, він є гаплоїдним, може вважатися попередником ядра,має назву нуклеоїд. Прокаріоти не мають апарату мітозу, їхня

34

цитоплазма не містить мембранних структур типу мітохондрій,лізосом, ендоплазматичної сітки, але в клітинній стінці є пепти-доглікан, відсутній у еукаріот, наявні рибосоми 70 S. До пато-генних прокаріот належать бактерії. На рис. 2.1 подано основнівідмінності між прокаріотичними та еукаріотичними клітинами.Віруси значно відрізняються від клітинних організмів, про що

йшлося раніше, докладніше їх буде розглянуто в курсі вірусології.Систематика описує види організмів, з’ясовує ступінь спорідне-

ності між ними та об’єднує їх у класифікаційні одиниці (таксони).Це є завданням складової частини систематики — класифікації.Таксономія — наука про принципи та методи класифікації

організмів. Центральним поняттям у систематиці та номенкла-

Таблиця 2.1. Деякі відмітні властивості клітин прокаріот і еукаріот

Ознака Прокаріотична Еукаріотичнаклітина клітина

Середній розмір 1–10 мкм 10–100 мкмЯдро Аналог ядра – нуклеоїд Ядро наявне

Ядерна мембрана Відсутня Наявна

Хромосома Одна кільцева (може Декількабути декілька копій)

Гістони у хромосомі Відсутні НаявніТип поділу Бінарний Мітотичний

Апарат Гольджі Відсутній Наявний

Рибосоми 70 S 80 SКлітинна стінка Утворена пептидоглі- Містить хітин або

канами целюлозу

Стерини клітинної Відсутні Наявністінки

Анаеробне дихання Можливе Звичайно відсутнєФіксація азоту Можлива Неможлива

Фагоцитоз і піно- Відсутні Наявніцитоз

Стійкість до γ-опро- Висока Низькамінення

Чутливість до анти- Пеніциліни, аміноглі- Полієновібіотиків козиди, тетрацикліни,

макроліди

35

турі організмів є вид (species), хоча дотепер це поняття не визна-чається однозначно. В мікробіології поняття виду дещо відріз-няється від прийнятого в курсі загальної мікробіології.Вид — еволюційно сформована сукупність популяцій з подібним

генотипом, який за стандартних умов проявляється подібними мор-фологічними, фізіологічними, біологічними та іншими ознаками.Генотип виду забезпечує лише відносну стабільність ознак, то-

му в самому виді розрізняють ще й варіанти мікроорганізмів: мор-фологічні (морфовари), біологічні (біовари), біохімічні (хемовари,або ферментовари), антигенні (серовари) та інші. Наприклад, варі-анти, резистентні до антибіотиків, називають резистенсвари.Види, споріднені генетично, об’єднуються в рід (Genus), роди —

в родину (Familia), родини — у порядок (Оrdo). Далі йдуть класи(Classis), відділи (Divisia), підцарства (Subimperia) й царства (Imperia).Для класифікації мікроорганізмів нині застосовують такі так-

сономічні системи: нумерична, філогенетична, серологічна так-сономія, хемотаксономія.Нумерична таксономія грунтується на визнанні рівноцінності

усіх ознак мікроорганізмів, для її застосування необхідно одержа-ти інформацію про кілька десятків ознак, а видова належністьдосліджуваного мікроорганізму визначається за кількістю ознак,що збігаються при комп’ютерній обробці даних. Але при мік-робіологічній діагностиці захворювань складно одержати відо-мості про досить велику кількість ознак, що обмежує практичнезастосування нумеричної таксономії.

Клітинна стінкаЦитоплазматична

мембрана

Клітинна стінкаЦитоплазматична

мембранаКомплекс Гольджі

МітохондріїВакуолі

Мікротрубочки Ендоплазматична сітка

Прокаріотична клітина(бактеріальна клітина)

Еукаріотична клітина(гіфальна клітина гриба)

Нуклеоїд

РибосомиЯдро

Рис. 2.1. Основні відмінності між прокаріотичними й еукаріотич-ними клітинами (за M. Schaecter, 1993)

36

У мікробній таксономії застосовують також фізико-хімічніметоди (газова хроматографія, електрофорез, тонкошарова хро-матографія тощо), за допомогою яких досліджують ліпідний іамінокислотний вміст мікробної клітини та її компонентів. Одер-жані дані використовують як таксономічні ознаки. Ці методи єосновою хемотаксономії.Для філогенетичної класифікації мікроорганізмів найінформа-

тивнішим показником є генетична спорідненість. При цьому вра-ховують розмір геному, здатність обмінюватись генетичноюінформацією (шляхом трансформації або кон’югації), склад нук-леотидних основ (співвідношення пар Г–Ц:А–Т), гомологію нук-леїнових кислот, яку виявляють методом молекулярної гібриди-зації. Припускають, що гомологія ДНК від 60 до 100 % свідчитьпро належність до одного й того самого виду, 40–60 % — дорізних родів однієї родини. Але існуючі дані щодо геносистема-тики мікроорганізмів поки що недостатні для створення завер-шеної класифікації, а методи генного аналізу малозручні длядіагностичної практики.В медичній мікробіології поширено серологічний метод — се-

ротаксономія, який базується на визначенні антигенного вмістумікроорганізмів.У практичній бактеріології застосовують різні доступні швидкі

тести, які дозволяють хоча б взагалі ідентифікувати мікроорга-нізми, виділені від хворого. Це дає можливість встановити діаг-ноз та визначити принципи лікування й прогноз захворювання.Таким чином, на практиці широкого застосування набув прин-цип систематизації за однією або більше найхарактерніших оз-нак. До того ж властивості мікроорганізмів, які легко виявити,стають основою для об’єднання бактерій у групи. За цим прин-ципом створено визначник бактерій, який вперше було виданогрупою американських бактеріологів під керівництвом Д. Х.Берджі (1923). Саме визначник Берджі найширше використовуєть-ся в медичній мікробіології. Останнє 9-те видання визначникавідбулося в 1994 p. (Bergey’s Manual of Determinative Bacteriolo-gy–9). Згідно з ним царство прокаріот поділено на 4 відділи, яківідрізняються за будовою клітинної стінки та відношенням дозабарвлення за Грамом:

I. Gracilicutes (грацилікути, або тонкошкірі) — грамнегативнібактерії;

ІІ. Firmicutes (фірмікути, або товстошкірі) — переважно грам-позитивні бактерії;

37

ІІІ. Tenericutes (тенерикути, або ніжношкірі, які не маютьклітинної стінки) — мікоплазми;

IV. Mendosicutes (мендосикути — бактерії, більшість яких хочі має клітинну стінку, але вона не містить пептидоглікану) — цеархебактерії.Патогенні для людини бактерії містяться у порівняно неве-

ликій кількості груп перших трьох відділів. Нижче наводимотільки такі групи.

ВІДДІЛ І. Грамнегативні еубактерії,які мають клітинну стінку (Gracilicutes)

Група 1. Спірохети. До групи входять паразитичні види та тівиди, що живуть вільно. Патогенними для людини вва-жаються представники родів Treponema, Borrelia таLeptospira.

Група 2. Аеробні та мікроаерофільні рухливі звивисті та зігнутіграмнегативні бактерії. Патогенні для людини бак-терії належать до родів Campylobacter, Helicobacterта Spirillum.

Група 4. Грамнегативні аеробні та мікроаерофільні паличкий коки. Патогенні для людини види належать до ро-дин Legionellaceae, Neisseriaceae та Pseudomonada-ceae, до групи входять також патогенні та умовно-патогенні бактерії родів Acinetobacter, Afipia, Alca-ligenes, Bordetella, Brucella, Flavobacterium, Franci-sella, Kingella, Moraxella та Bacteroides (В. fragilis таВ. urealyticus).

Група 5. Факультативно анаеробні грамнегативні палички.Утворена трьома родинами — Enterobacteriaceae, Vib-rionaceae та Pasteurellaceae, до кожної з яких нале-жать патогенні види, а також патогенні й умовно-па-тогенні бактерії родів Calymmatobacterium, Car-diobacterium, Eikenella, Gardnerella та Streptobacillus.

Група 6. Грамнегативні анаеробні прямі, зігнуті та спіральнібактерії. Патогенні та умовно-патогенні належать дородів Bacteroides, Fusobacterium, Porphyromonas таPrevotella.

Група 8. Анаеробні грамнегативні коки. До групи належатьумовно-патогенні бактерії роду Veillonella.

38

Група 9. Рикетсії та хламідії. До порядку Rickettsiales нале-жать родини Rickettsiaceae, Bartonellaceae та Ana-plasmataceae, до порядку Chlamydiales — родинаChlamydiaceae. Кожна із зазначених родин міститьпатогенні для людини види.

Відділ ІІ. Грампозитивні еубактерії,які мають клітинну стінку (Firmicutes)

Група 17. Грампозитивні коки. До групи належать умовно-па-тогенні види родів Enterococcus, Leuconostoc,Peptococcus, Peptostreptococcus, Sarcina Staphylococ-cus, Stomatococcus та Streptococcus.

Група 18. Спороутворювальні грампозитивні палички та коки.До групи належать патогенні та умовно-патогенні па-лички родів Clostridium та Bacillus.

Група 19. Неспороутворювальні грампозитивні палички пра-вильної форми. До групи належать умовно-патогеннівиди родів Erysipelothrix та Listeria.

Група 20. Неспороутворювальні грампозитивні палички непра-вильної форми. До групи належать патогенні та умов-но-патогенні види родів Actinomyces, Corynebacte-rium, Gardnerella, Mobiluncus тощо.

Група 21. Мікобактерії. До групи належить тільки один рідMycobacterium, що об’єднує патогенні та умовно-па-тогенні види.

Групи 22-29. Актиноміцети. Серед багатьох видів лише нокардіо-формні актиноміцети (група 22) родів Gordona, No-cardia, Rhodococcus, Tsukamurella, Jonesia, Oerskoviaта Terrabacter здатні шкодити людині.

Відділ ІІІ. Еубактерії, позбавленіклітинної стінки (Tenericutes)

Група 30. Мікоплазми. Клас Mollicutes. Порядок Mycoplas-matales. Патогенні для людини види, належать дородів Acholeplasma, Mycoplasma та Ureaplasma.

Відділ IV. Архебактерії (Mendosicutes)

Не містять патогенних для людини видів.

39

Для визначення назви мікроорганізмів використовують біно-мінальну номенклатуру К. Ліннея. Перше слово назви, яке визна-чає рід, пишеться з великої літери. Друге слово позначає вид,пишеться з малої літери. Назва роду, як правило, пов’язана зморфологічною ознакою (Staphylococcus, Vibrio, Clostridium) абоє похідною від прізвища вченого, який відкрив або вивчив даниймікроорганізм (Neisseria, Escherichia, Shigella). Видова назва ча-сто пов’язана з назвою хвороби (Corynebacterium diphtheriae,Salmonella typhi, Mycobacterium tuberculosis).Класифікація мікроорганізмів ще не завершена остаточно,

тому відбуваються постійні зміни в систематиці, донині точать-ся наукові дискусії про основоположні принципи систематикимікроорганізмів.У медичній мікробіології слід користуватися перш за все ін-

структивними матеріалами, тому не завжди нові зміни в класифі-кації можуть одразу запроваджуватись у практику.

2. МОРФОЛОГІЯ БАКТЕРІЙ

Вивчення загальної мікробіології розпочинається з бактеріо-логії — науки про бактерії (одноклітинні безхлорофільні рослиннімікроорганізми).Характеристику мікроорганізмів розпочинають з їхніх

морфологічних властивостей. Морфологічними властивостямибактерій є: величина, форма, характер розміщення в препараті,наявність диференційованих структурних елементів — спор, кап-сул, включень, джгутиків.Розміри бактерій вимірюються у мікрометрах (1 мкм=10–6 м),

розміри внутрішніх структур бактеріальних клітин — у наномет-рах (1 нм=10–9 м). Розміри бактерій, які спричинюють патологіюлюдини, звичайно перебувають у межах 0,1–10 мкм. Типові кокимають близько 1 мкм у діаметрі, мікоплазми — 0,1–0,3 мкм,більшість паличок 2–5 мкм завдовжки і 0,5–1,0 мкм завтовшки,спірохети відповідно 3–20 мкм і 0,1– 0,5 мкм.Форма бактерій може бути різноманітною. Бактерії за фор-

мою поділяють на кулясті, паличкоподібні, спіралеподібні, нит-коподібні та розгалужені (рис. 2.2.) Також важливе значення маєхарактер взаєморозміщення клітин у мікроскопічному препараті.Кулясті (сферичні) бактерії, або коки (грец. kokkos — зерно,

кісточка) мають округлу форму. Вона може бути правильною

40

сферичною, овальною, бобоподібною (один із країв сплощенийабо навіть увігнутий, другий — випуклий), ланцетоподібну (одиніз країв округлий, другий — загострений, має вигляд ланцетаабо полум’я свічі). Залежно від розміщення клітин після їхньогоділення коки підрозділяються на групи (рис. 2.2).Описані форми характеризуються здебільшого постійністю

форми клітини, яка визначається особливостями будови клітин-

Грамнегативні Грампозитивні

Нейсерії Вейлонели Мікрококи Диплококи Стрептококи

Хламідії Мікоплазми Тетракоки Сарцини Стафілококи

Ентеробактерії Ієрсинії Бацили Клостридії Лістерії

Рикетсії Фузобактерії Корине- Мікобактерії Актино- бактерії міцети

Вібріони Кампілобактерії

Спірохети Спірили

Звивисті

Паличкоподібні

Формабак-терій

Кулясті

(коки

)

Рис. 2.2. Основні форми бактерій

41

ної стінки бактерій. Однак багато видів бактерій характеризу-ються поліморфізмом.Поліморфізм, або плеоморфізм — це різноманітність морфо-

логії бактерій. Бактерії дуже пластичні, легко змінюються підвпливом різних несприятливих чинників — антибіотиків, солейлітію, високої концентрації хлориду натрію, низького рН, змінитемператури, старіння культури. Внаслідок реакцій бактерій надію цих факторів утворюються різні за формою і величиною кліти-ни: дуже збільшені, роздуті, кулясті, колоподібні або нитко-подібні, а також фільтрівні форми. Такі зміни морфології бак-терій пов’язані з порушенням синтезу бактеріальної стінки абомеханізму регуляції клітинного поділу.Яскраво виражений поліморфізм властивий бактеріям, поз-

бавленим клітинної стінки, — мікоплазмам і L-формам, а такожнокардіоподібним і коринебактеріям, у яких в циклі розвитку спо-стерігається зміна форм клітин: кок—паличка— кок, можуть бутитакож форми, які слабо розгалужуються.Поліморфізм бактерій часто спричинює труднощі під час діаг-

ностики, його необхідно враховувати, ідентифікуючи збудниківу матеріалі від хворих і в чистих культурах.

3. УЛЬТРАСТРУКТУРА БАКТЕРІЙ

Тонка будова бактеріальної клітини була вивчена завдяки вико-ристанню комплексу цитологічних і цитохімічних методів, а такожтехніки ультратонких зрізів у поєднанні з електронною мікроскопією.Морфологічно всі бактерії побудовані за однаковою схемою

і складаються, як і всі клітинні організми, з ядерного апарата,цитоплазми і оболонок (рис. 2.3). Крім того, бактерійні клітиниможуть мати придатки — джгутики, пілі, шипики.Ядерний апарат бактерій представлений утворенням, яке діста-

ло назву бактеріальне ядро, або нуклеоїд (ядроподібне).Нуклеоїд функціонально тотожний ядру еукаріот, але відріз-

няється деякими особливостями: не має ядерної оболонки, пере-буває у безпосередньому контакті з цитоплазмою, не розділенийна хромосоми і є аналогом хромосоми еукаріот. Нуклеоїд нази-вають бактеріальною хромосомою (в клітині, що перебуває у станіспокою, звичайно присутня одна хромосома, в процесі поділувона подвоюється, іноді в клітині може бути кілька копій). У нук-леоїда відсутні мітоз і мейоз.

42

Рибосоми

Слизовий шар Цитоплазматичнамембрана

Клітинна стінка

Пілі

Спора

Капсула Мікрокапсула

Джгутики

ПлазмідаВолютин

Нуклеоїд

Мезосома

Рис. 2.3. Схематичне зображення структури бактеріальної кліти-ни за даними електронної мікроскопії (за Г. Шлегель, 1987)

Нуклеоїд представлений гігантською молекулою ДНК з мо-лекулярною масою (1–3)·109 Д, діаметром до 2 нм, довжиною від0,25 мм у мікоплазм, до 1 мм у кишкової палички і 3 мм — удеяких великих бактерій. З допомогою радіоавтографії встанов-лено, що бактерійна хромосома має форму замкненого кільця.ДНК перебуває в суперспіралізованому стані і утворює 20–140петель, з’єднаних зі щільною центральною ділянкою, що міститьРНК і білок (переважно РНК-полімеразу). У більшості прокарі-от гістони не виявлено, у деяких наявні гістоноподібні білки. Бак-терійна хромосома завжди зв’язана з цитоплазматичною мемб-раною, кількість точок зв’язків може перевищувати 20. Згідно зоднією з моделей структури активного нуклеоїда, в його центрірозміщені суперспіралізовані петлі неактивної у даний час ДНК,а периферією є деспіралізовані петлі активної ДНК, що береучасть у синтезі інформаційної РНК. У бактеріальній клітинівідбувається безперервний синтез ДНК, близько 1–3 % сухої масиклітини припадає на ДНК.Бактерії можуть також містити у цитоплазмі автономну поза-

хромосомну ДНК у вигляді невеликих кілець — від (30–100)·106 Ддо (1–10)·106 Д. Це плазміди, які детермінують синтез білків іферментів, у тому числі й тих, що забезпечують стійкість бак-терій до лікарських препаратів. Однак вони не є життєво необхід-ними для бактеріальної клітини і можуть бути відсутніми.

43

Цитоплазма бактерій займає основний об’єм клітин і є середо-вищем, яке зв’язує всі внутрішньоклітинні структури в єдину сис-тему. Це напіврідка колоїдна маса, що складається на 70–80 % зводи, мінеральних сполук, РНК, білків, ферментів, продуктів ісубстратів обміну речовин. Будова і консистенція цитоплазмизалежить від стадії розвитку клітини (у молодих клітин вона го-могенна, у старих — поступово перетворюється на дрібнозерни-сту структуру, в ній з’являються вакуолі, збільшується щільність).Цитоплазма оточена цитоплазматичною мембраною, в якій зна-ходяться клітинні органели — нуклеоїд, рибосоми, мезосоми,включення.Рибосоми у бактерій — це частки розміром до 20 нм, що скла-

даються з двох субодиниць 30 S і 50 S, які перед початком синте-зу білка об’єднуються в одну розміром 70 S. Рибосоми склада-ються з 60–65 % РНК і 35–40 % білків, близько 80–85 % всіх РНКбактерійних клітин міститься у рибосомах. Бактеріальні рибосомивиконують ту ж функцію, що й рибосоми еукаріот — вони є білок-синтезувальними системами, під час синтезу білка об’єднують-ся в полірибосоми (полісоми). Рибосоми бактерій можуть бути мі-шенню для дії багатьох антибіотиків. При цьому відмінності міжрибосомами прокаріот і еукаріот мають суттєве значення, оскіль-ки деякі антибіотики здатні зупиняти білковий синтез саме на 70 Sрибосомах, не впливаючи на функцію 80 S рибосом еукаріот.Включення — це морфологічно диференційовані частки, які

виникають у цитоплазмі бактерій у процесі життєдіяльності: гра-нули волютину, ліпопротеїдні тільця, глікоген, гранульоза, скуп-чення пігменту, краплини сірки, кальцію гідрокарбонат та ін.Вони є продуктами метаболізму і використовуються бактеріямияк запасні поживні речовини.Гранули волютину містять поліфосфати і є для клітин джере-

лом фосфору. Поліфосфати багаті на макроергічні зв’язки і за-безпечують потреби клітини в енергії. Вони мають розмір0,1–0,5 мкм, дуже щільні для потоку електронів, забарвлюютьсяінтенсивніше, ніж цитоплазма бактеріальної клітини. Для їх ви-явлення використовують спеціальні методи забарвлення, які ба-зуються на здатності волютину забарвлюватися в інший колір,ніж колір барвника, тому вони дістали назву «зерна метахрома-тину». Уперше волютин було виявлено у Spirillum volutans (звідсийого назва). Наявність гранул волютину є диференціально-діаг-ностичною ознакою Corynebacterium diphtheriae, що беруть доуваги при лабораторній діагностиці дифтерії.

44

Ліпопротеїдні тільця у вигляді краплин полі-β-оксимасляноїкислоти досить часто трапляються в деяких бацилах і спірилах.Вони зникають при голодуванні клітин і з’являються, коли бак-терії ростуть на живильних середовищах, які містять багато вуг-леводів. Їх можна побачити при звичайній мікроскопії, при за-барвленні суданом чорним вони чорні, суданом ІІІ — червоні.До внутрішньоклітинних включень належать глікоген і грану-

льоза, які мають вигляд гранул розміром 20–100 нм, виявляють-ся при обробці розчином Люголя: глікоген забарвлюється у чер-вонувато-коричневий колір, гранульоза — в сіро-синій. Зернаглікогену виявляються в аеробних бацил, гранульоза часто трап-ляється у маслянокислих бактерій.До складу клітин деяких бактерій входять кристалоподібні

включення білкової природи, які містяться у клітині поряд зі спо-рою, тому їх звуть також параспоральними. Вони сильно залом-люють світло, мають ромбовидну або кубічну форму, є дуже от-руйними для багатьох гусениць лускокрилих комах. Кристало-подібні включення Bacillus thuringiensis є токсичними для хребет-них тварин і рослин, що обумовило їхнє застосування в сільсько-му господарстві для боротьби з комахами — шкідниками рослин.У цитоплазмі бактерій можуть бути також вакуолі, що скла-

даються з різних розчинених у воді речовин і оточені мембра-ною ліпопротеїдного походження. Кількість вакуоль — 6–10, уперіод активного росту збільшується до 20. Одні дослідники вва-жають їх ділянками, де відкладаються шкідливі продукти мета-болізму, інші — резервуаром різноманітних бактеріальних фер-ментів.У цитоплазмі мікобактерій, стрептококів, протею, актиномі-

цетів, клостридій та інших мікроорганізмів є рапідосоми, абомікротрубочки. У мікобактерій вони виконують функцію пересу-вання ковзанням по густому субстрату. Мікротрубочки бактерійза структурою і розмірами нагадують мікротрубочки найпрості-ших, рослин і тварин.У цитоплазмі деяких бактерій може формуватися спора.Спори і спороутворення. Спори (ендоспори) — утворення круг-

лої або овальної форми, які можуть розташовуватися в цито-плазмі або перебувати у вільному стані після відмирання і лізи-су вегетативної клітини. Спороутворення властиве деяким, пе-реважно паличкоподібним, мікроорганізмам (бацили і клост-ридії). Це збудники сибірки, правця, анаеробної інфекції, боту-лізму і сапрофіти, які живуть у грунті, воді. Порівняно рідко спо-

45

ри утворюються у коків (рід Sporosarcina) та звивистих форм(Desulfovibrio).Утворюються спори у зовнішньому середовищі за несприят-

ливих для життєдіяльності умов. В організмі людини і тваринспороутворення звичайно не відбувається. Спори мають високустійкість до несприятливих факторів зовнішнього середовища,дуже високу термостійкість (деякі спори витримують кип’ятінняпротягом 3 і більше годин — наприклад, спори Bacillus subtilis —сінної палички). Для загибелі спор необхідне автоклавування підтиском 1,5–2,0 атм (при температурі 112–120 °С), при стерилі-зації гарячим повітрям спори гинуть при температурі 170–180 °С.Спори значно більш резистентні, ніж вегетативні форми, до ви-сушування, дії дезінфікуючих засобів, хімічних агентів і проме-нистої енергії. Трудомістка і дорога техніка стерилізації (знеза-ражування) розрахована на знищення спор.Бактерії в вигляді спор можуть зберігати життєздатність про-

тягом дуже тривалого терміну. Наприклад, у землі, яка прилип-ла до рослин з гербарію і зберігалася у сухому стані від 200 до320 років, було знайдено життєздатні спори B. subtilis. За дани-ми експериментів, у сухому грунті через 50 років 10 % спор збері-гають життєздатність. Отже, тонна сухого грунту навіть після1000 років збереження все ще містить життєздатні спори.Спороутворення не є способом розмноження бактерій, оскі-

льки з однієї клітини може утворитися тільки єдина спора, якапотім проросте тільки в єдину вегетативну клітину. Спороутво-рення не є також обов’язковим етапом життєвого циклу бактерій,оскільки в сприятливих умовах вони можуть тривало розвивати-ся без утворення спор. Формування спор — це одна із стадійциклу розвитку певних мікроорганізмів, вироблена в процесі ево-люції у боротьбі за збереження виду.Спору можна вважати стійкою формою існування деяких бак-

терій.Процес спороутворення розпочинається, коли бракує пожив-

них речовин або надмірно накопичуються продукти метаболіз-му. Спочатку нуклеоїд клітини набирає компактної паличкопо-дібної форми в зв’язку зі зниженням активності геному. Потімцитоплазматична мембрана інвагінується і відділяє частину ци-топлазми з геномом, формується споруляційна перегородка, якаперетворюється потім на одну з оболонок спори. Цитоплазмаклітини оточує протопласт спори, формується округла проспо-ра з двома мембранами. Між двома мембранами проспори фор-

46

мується муреїновий шар, який утворює товстий шар кортексу.Одночасно з кортексом на зовнішній мембрані проспори з бокуполюса клітини починає утворюватися екзоспоріум, що потімвкриває спору. У його складі є білки, ліпіди, вуглеводи. Далі закін-чується формування твердих, слабопроникних оболонок спори.Кількість і будова шаруватих оболонок у різних видів бактерійрізняться. Оболонки спори забезпечують її стійкість до неспри-ятливих факторів, у тому числі термостійкість. Зріла спора маєхарактерну для кожного виду бактерій форму, розміри, розта-шування в клітині. У подальшому решта клітини поступово відми-рає і лізується, формується зріла спора, що становить приблиз-но 1/10 материнської клітини. Процес спороутворення закінчуєть-ся протягом 18–20 год.Будова зрілої спори різних видів бактерій однотипна (рис. 2.4).

Серцевина (спороплазма) містить геном, рибосоми, білки, дипі-колінову кислоту, іони Са2+, ферменти у неактивному стані, ліпідита інші речовини. Спороплазма оточена цитоплазматичною мем-браною, клітинною стінкою і товстим шаром кортексу, який зай-має до 60 % об’єму спори і містить муреїн. До кортексу прилягаєзовнішня мембрана, потім нашаровуються численні покриви спо-ри. Вважають, що термостійкість спори зумовлена наявністюспецифічної сполуки — дипіколінової кислоти, яка у вигляді своєїкальцієвої солі заповнює простір між макромолекулами споро-

плазми, перешкоджаючи їхнійвзаємодії. Термостійкість спо-ри пов’язують також із малимвмістом у спорі води (на 20–30 %менше, ніж у вегетативній клі-тині), підвищеним вмістом лі-підів, наявністю численних обо-лонок і особливостями органі-зації кортексу.Потрапляючи у сприятливі

умови, спори проростають і пе-ретворюються на вегетативніформи. При цьому вони набу-хають, збільшуються, вмістводи у них зростає, процеси

ЕкзоспоріумОболонкаспориСтінкаспороплазмиСпороплазма

Кортекс

Рис. 2.4. Розріз бактеріальноїспори (схема) (за D. Greenwood,1995)

обміну посилюються, і спорипочинають добре забарвлюва-тися аніліновими барвниками.

47

З оболонки на полюсі, у центрі або між полюсом і центром ви-ступає паросток, який перетворюється на паличку. Звичайно про-ростання відбувається протягом 4–5 год — значно швидше, ніжутворення спор.Спори здатні сильно заломлювати світло, тому при бактеріо-

скопічному дослідженні у незабарвленому стані мають виглядблискучих зерен; вони погано забарвлюються. Наявність спор убактерій має діагностичне значення, а також визначає методстерилізації та знезаражування хірургічного інструментарію,шовного і перев’язувального матеріалів.Всередині цитоплазми можуть також знаходитися мезосоми

— це мішкоподібної форми інвагінати цитоплазматичної мемб-рани, вони містять внутрішні трубочки, що розгалужуються, пла-стинчасті мембранні елементи і тісно закручений в клубок труб-частий виріст довжиною до 10 мкм. Розміри мезосом можуть бутиблизько 250 нм.Мезосоми можуть бути:1) периферичними, що утворилися внаслідок інвагінації ци-

топлазматичної мембрани і функціонально їй ідентичні;2) ядерними, з’єднаними з нуклеоїдом і, ймовірно, такими, що

беруть участь у розходженні подвоєного геному при поділі кліти-ни;

3) тими, що формуються в зоні утворення поперечної перего-родки у клітин, що діляться, і які, можливо, беруть участь у поділіклітини. Вважають, що мезосоми виконують функцію додатко-вих мембранних структур і є функціональними аналогами міто-хондрій еукаріот, забезпечують енергією процеси життєдіяль-ності бактеріальної клітини.Оболонки бактерій представлені цитоплазматичною мембра-

ною, клітинною стінкою, зовнішнім слизовим шаром, мікро- абомакрокапсулою. Ці структури беруть участь в обміні речовин,через них надходять поживні речовини і виводяться продуктиметаболізму, вони виконують формотвірну функцію і захищаютьклітину від дії шкідливих факторів середовища, зумовлюють по-верхневі властивості бактеріальної клітини.Цитоплазматична мембрана оточує цитоплазму бактеріальної

клітини і завдяки тургору прилягає до клітинної стінки. Товщи-на її — 7–10 нм. Вона багата на ліпіди (становлячи лише 10–15 %сухого залишку клітини, цитоплазматична мембрана містить 70–90 % всіх її ліпідів). Цитоплазматична мембрана складається зподвійного шару фосфоліпідів (рис. 2.5). Гідрофобні кінці моле-

48

кул фосфоліпідів і тригліцеридів спрямовані всередину, а гід-рофільні «головки» — назовні. У подвійний шар ліпідів вбудова-но білки — так звані інтегральні білки мембран. Вони «плава-ють» у цьому шарі, пронизуючи його наскрізь або занурюючисьв нього частково. Інші білки (периферійні) прикріплені до по-верхні мембрани. Цитоплазматичну мембрану являє собою дужем’яке, пластичне, майже рідке утворення; ізольовані мембрани,зближуючись, утворюють замкнені з усіх боків пухирці, шматоч-ки мембран зливаються краями один з одним.Цитоплазматична мембрана виконує найважливішу функцію

біологічної мембрани бактеріальної клітини. Вона відіграє рольв обміні речовин, є осмотичним бар’єром клітини і контролюєнадходження речовин всередину клітини і вихід назовні бактері-альних продуктів. У мембрані є механізми активного транспор-ту речовин і системи субстрат-специфічних ферментів пермеаз,їй властива енергетична і дихальна функції, в ній локалізованіокислювальні ферменти і ферменти транспорту електронів, вонамає АТФ-азну активність, містить особливі ділянки для при-єднання хромосоми і плазмід при їх реплікації. Цитоплазматич-на мембрана є обов’язковим структурним компонентом клітини,порушення її цілісності призводить до втрати життєздатностіклітини.Ззовні від цитоплазматичної мембрани знаходиться клітинна

стінка.Клітинна стінка забезпечує постійність форми клітини, її по-

верхневий заряд, анатомічну цілісність, контакт із навколишнім

Периферичний білок

Подвійний ліпідний шар

Інтегральний білок

Рис. 2.5. Модель структури цитоплазматичної мембрани (Г. Шле-гель, 1987)

49

середовищем, захист від несприятливих зовнішніх впливів,здатність до адсорбції вірусів бактерій, участь в реакціях імуні-тету.Основним компонентом клітинної стінки бактерій є пептидо-

глікан, або муреїн (лат. mureus — стінка). Скелет пептидогліка-ну складається з паралельно розміщених молекул глікану (амі-носахаридів), які складаються із залишків N-ацетилглюкозамі-ну і N-ацетилмурамової кислоти, зв’язаних між собою глюко-зидними зв’язками (рис. 2.6). Гліканові молекули зв’язані бічни-ми і поперечними пептидними містками, звідси і назва полімеру— пептидоглікан. Бічні ланцюжки представлені тетрапептида-ми, поперечні — пентапептидами. Склад пептидних ланцюжківідентичний для певного пептидоглікану, але у різних видів бак-терій вони різні. У складі цих ланцюжків виявлено лише 4 із по-ширених амінокислот: глутамінова кислота, лізин, аланін ігліцин. Також до складу пептидоглікану входять унікальні амі-нокислоти: мезодіамінопімелінова, виявлена тільки у прокаріот,D-ізомери глутамінової кислоти та аланіну.Отже, за компонентами і структурою клітинної стінки бак-

терії докорінно відрізняються від тварин і рослин. Тому лікарськіпрепарати, які специфічно впливають тільки на бактеріальністінки і процес їхнього синтезу, мають бути нешкідливими длявищих організмів.Завдяки поперечним зв’язкам пептидоглікан набуває струк-

тури молекулярної сітки, утворюючи величезного розміру ригід-ну мішкоподібну макромолекулу, навколишню бактеріальну

N-ацетилглюкозамін

N-ацетилмура-мова кислотаПептиднийланцюжокПентаглі-циновиймісток

Рис. 2.6. Схемазагальної структу-ри пептидоглікану(муреїну)

50

клітину. Міцність клітинної стінки значна, витримує колосаль-ний осмотичний тиск (у кишкової палички — близько 15 атм).Клітинна стінка інертна до дії хімічних речовин, має низьку сприй-нятливість до барвників. Її можна виявити при спеціальному за-барвленні, електронній мікроскопії, а також у темному полі зору,після плазмолізу.Це явище полягає в такому. Якщо вмістити бактеріальні кліти-

ни у гіпертонічний розчин, то за рахунок виходу води цитоплаз-ма стиснеться і разом із цитоплазматичною мембраною від-ділиться від клітинної стінки. Внаслідок плазмолізу клітини ги-нуть. Це використовується для консервування харчових про-дуктів за допомогою концентрованих розчинів кухонної солі абоцукру. Однак деякі бактерії стійкі до плазмолізу, наприклад,Staphylococcus aureus, що може призвести до харчових отруєнь.Оскільки склад і будова клітинної стінки є одними з найваж-

ливіших диференціальних ознак бактерій, необхідно на цьомудетальніше зупинитися. Бактерії, що мають клітинну стінку, за-лежно від її структури поділяються на фірмікути (товстошкірі) іграцилікути (тонкошкірі). Інакше їх можна ще поділити на грам-позитивні і грамнегативні — за здатністю забарвлюватися заметодом Грама.Клітинна стінка грампозитивних бактерій має однорідну струк-

туру (рис. 2.7). Її товщина значно більша, ніж у грамнегативнихбактерій (20–60 нм). Основна маса стінки — це пептидоглікан,на його частку припадає до 90 % сухої маси клітинної стінки. Вінможе складатися з 5–40 шарів, а не 1–2, як у грамнегативнихбактерій. На відміну від грамнегативних бактерій, у складі клітин-ної стінки грампозитивних бактерій містяться тейхоєві кислоти(грец. teichos — стінка) — розчинні у воді лінійні полімери іззалишків гліцерину або рибітолу. Тейхоєві кислоти є основнимиповерхневими антигенами багатьох грампозитивних бактерій,вони виступають назовні через пори пептидоглікану.Клітинна стінка грамнегативних бактерій (рис 2.8) значно тон-

ша (14–18 нм), здебільшого наявний один (рідко — два) шар пеп-тидоглікану, це не більше 10 % сухої маси клітинної стінки. Дляпептидоглікану грамнегативних бактерій характерний низькийвміст поперечних зв’язок. У клітинній стінці відсутні тейхоєвікислоти, міститься багато ліпопротеїдів, фосфоліпідів,ліпополі-сахаридів, більше білка.Клітинна стінка грамнегативних бактерій має більш складну

внутрішню структуру, ніж у грампозитивних. На цитоплазма-

51

тичній мембрані міститься од-ношаровий муреїновий мішок,до якого щільно прилягає зовні-шня мембрана, зв’язана з муреї-новим шаром ліпопротеїнами.Ліпопротеїни орієнтовані свої-ми ліпофільними кінцями на-зовні і закріплені в ліпофільно-му подвійному шарі зовнішньоїмембрани. Подвійний ліпіднийшар зовнішньої мембрани скла-дається з ліпіду А, полісаха-ридів і фосфоліпідів. У цьомушарі знаходяться гідрофобнікінці ліпополісахаридів, гід-рофільні кінці яких оберненіназовні. Полісахаридна части-на ліпополісахаридів має анти-генні властивості і є О-антиге-ном грамнегативних бактерій.О-антиген має дуже велике зна-чення в діагностиці й ідентифі-кації бактерій. Ліпополісаха-рид більшості бактерій токсич-ний, він є ендотоксином, от-руйність якого визначаєтьсяліпідом А зовнішньої мембра-ни.У подвійний ліпідний шар

зовнішньої мембрани вбудованібілки, що пронизують його

Тейхоєва кислотаЛіпотей-хоєвакислота

Клітинна стінка

Цитоплазматичнамембрана

Рис. 2.7. Модель структуриклітинної стінки грампозитив-них бактерій (за M. Schaecter,1993)

наскрізь. Ці трансмембранні білки являють собою заповнені во-дою канали — гідрофільні пори в ліпофільній мембрані (пори-ни). Вони пропускають через мембрану гідрофільні низькомоле-кулярні речовини з молекулярною масою менше 6000 Д.Муреїновий шар, мабуть, є легко проникним для багатьох ре-

човин. Проміжок між муреїном і цитоплазматичною мембраноюназивають периплазматичним простором. У ньому містяться біл-ки, в тому числі й деполімерази, периферичні білки цитоплазма-тичної мембрани і так звані зв’язувальні білки, які беруть участьу переносі деяких речовин у цитоплазму.

52

При обробці грампозитивних бактерій ферментами, що руй-нують пептидоглікан (наприклад, лізоцимом), виникають прото-пласти, тобто структури, повністю позбавлені клітинної стінки.Незалежно від форми вихідних клітин бактерій, протопласти зав-жди набувають сферичної форми. Це є доказом того, що клітин-на стінка визначає форму бактерій. У протопластах відбувають-ся основні процеси життєдіяльності, але вони не здатні ресинте-зувати клітинну стінку, рідко діляться. За деяких умов (наприк-лад, у 30%-му желатині) в протопластах може індукуватися ре-генерація клітинної стінки і вони реверсують у вихідну клітиннуформу. Однак це відбувається дуже рідко, найчастіше прото-пласти відмирають.Сферопластами називають бактерійні клітини, частково поз-

бавлені клітинної стінки. Вони виявляються у старих культурах,а також у разі дії пеніциліну, що порушує синтез клітинної стінки,обробки лізоцимом грамнегативних бактерій, при якій руйнуєть-

ЛіпополісахаридПорини

О-антиген

Ліпід А

Ліпопротеїн

Муреїн

Білки

Фосфоліпіди

Цитоплазматична

мембрана

8 нм

Клітинна

стінка

2–3 нм

Зовнішня

мембрана

8 нм

Периплазматичний

простір

Рис. 2.8. Модель структури клітинної стінки грамнегативних бак-терій (Г. Шлегель, 1987)

53

ся тільки пептидоглікановий шар, а зовнішня мембрана збері-гається. Сферопласти відрізняються від протопластів тим, щоможуть розмножуватися, легко реверсувати у вихідну бактерій-ну форму. Протопласти і сферопласти можуть існувати тільки візотонічних і гіпертонічних розчинах, у гіпотонічних розчинахвони легко розриваються.Порушення синтезу клітинної стінки є основою L-трансфор-

мації бактерій.Ззовні клітинної стінки всі бактерії оточені слизовим шаром

(рис. 2.3), який захищає клітини від висихання. Слизовий шармає різну товщину і конфігурацію, його межі не чіткі. За допомо-гою фібрилярних полісахаридних структур слизу здійснюєтьсязв’язок між сусідніми клітинами в колонії бактерій, а також при-кріплення бактерій до різних субстратів. Якщо слизовий шардосить товстий, міцний і оформлений, його називають капсулою.Морфологічно розрізняють два типи капсул: мікрокапсули (тов-

щина менше 0,2 мкм, виявляються тільки при електронній мікроско-пії у вигляді шару мукополісахаридних фібрил) і макрокапсули(товщина більше 0,2 мкм, добре помітні при світловій мікроскопії).Більшість патогенних бактерій формують в організмі людини

і тварин мікрокапсули, які захищають їх від чинників резистент-ності організму. Макрокапсули (рис. 2.9), або власне капсули,

Рис. 2.9. Капсулибактерій (за Л. Месро-бяну, Е. Пеунеску,1963). Забарвлення заБуррі. × 3750

54

формують лише деякі бактерії. Для деяких патогенних бактерійхарактерне утворення капсул тільки в макроорганізмі (стрепто-коки пневмонії, збудники сибірки, чуми тощо). У деяких бактерійкапсула формується і в організмі, і при зростанні на живильнихсередовищах (лебсієли пневмонії, озени, риносклероми).Більшість капсул складається зі складних полісахаридів, капсу-ли деяких хвороботворних бактерій (збудника сибірки) — з полі-сахаридів і поліпептидів, що містять переважно L- і D-глутамі-нові кислоти. Оскільки D-амінокислоти стійкі до протеаз, такакапсула краще захищає бактерії від фагоцитозу. Хімічний складі антигенні властивості речовини капсул є специфічними для бак-терій, що дозволяє ідентифікувати бактерії за родом, видом ісероваром.Капсула і слизовий шар не є життєво необхідними компонен-

тами бактерійної клітини. Однак капсула оберігає клітину відмеханічних ушкоджень, висихання, створює додатковий осмо-тичний бар’єр, перешкоджає проникненню токсичних речовин ібактеріофагів всередину клітини. Капсула захищає патогеннібактерії від чинників резистентності макроорганізму — фагоци-тозу, комплементу тощо.Капсула належить до зовнішніх (надоболонкових) структур

клітини.До них належать також придатки, які об’єднуються під за-

гальною назвою пілі. Будова і функції пілей різні, у однієї кліти-ни можуть бути наявні пілі різної природи.Мікроворсинки або фімбрії (лат. fimbriae — нитка, бахрома,

волокно) — білкові волоски (від 10 до кількох тисяч на однійклітині), товщина яких дорівнює 3–25 нм, а довжина — переваж-но 0,3–1 мкм, зрідка 4 мкм і більше (рис. 2.10). Вони розпочина-ються у цитоплазматичній мембрані і пронизують клітинну стінку,звичайно не зігнуті хвилеподібно. Вони утворені білком піліном,молекули якого формують спіралеподібну нитку. Їх основна функ-ція — прикріплення бактерій до субстрату, вони є фактором ко-лонізації. Наприклад, ворсинки кишкової палички забезпечуютьприкріплення до епітелію слизової оболонки кишечнику, гоно-кока — до епітелію урогенітального тракту. Крім того, за раху-нок фімбрій збільшується поверхня бактерійної клітини, що кон-тактує з живильним середовищем, через фімбрії деякі поживніречовини можуть надходити всередину клітини.

F-пілі (статеві ворсини, секс-пілі, донорські ворсини) звичайноіснують у невеликій кількості (1–2 на клітину), товщиною 8–35 нм,

55

довжиною 0,5–10 мкм. Ці вор-сини також розпочинаються уцитоплазматичній мембрані, девідбувається синтез білкапіліну, з якого вони побудовані.Формуються F-пілі тільки в ак-тивно зростаючій клітині про-тягом 4–5 хв, стільки ж часузберігаються на її поверхні,потім скидаються. Вони слугу-ють для кон’югації — з їхньоюдопомогою встановлюєтьсяконтакт між клітиною-доноромі клітиною-реципієнтом і відбу-вається передача ДНК.Інші варіанти зовнішніх

структур (типу шипиків і стеб-линок) у патогенних бактерійвивчені недостатньо.Джгутики (війки) є органом

руху бактерій. Багато патоген-них бактерій нерухомі, джгу-тиків не мають. Рухливі бак-

Рис. 2.10. Пілі Klebsiella pneu-moniae (за Л. Месробяну, Е. Пе-унеску, 1963). × 29 000

терії пересуваються за допомогою джгутиків. За кількістю і роз-міщенням джгутиків (рис. 2.11) бактерії розділяють на монотри-хи (з одним полярно розміщеним джгутиком, наприклад, холер-ний вібріон), лофотрихи (з пучком джгутиків на одному полюсі— деякі представники роду Pseudomonas), амфітрихи (з однимджгутиком або пучком їх на обох полюсах — Spirillum minus),перитрихи (з великою кількістю джгутиків — від кількох десятківдо 1000, розміщених по всій поверхні клітини, — ентеробактерії,протей, клостридії правця).Джгутики — це тонкі спіральні нитки товщиною 10–20 нм і

довжиною 3–20 мкм. Вони складаються з білка флагеліну (лат.flagellum — батіг), побудовані з його субодиниць з молекуляр-ною масою 20–60 кД. Флагелін має антигенну специфічність (Н-антигенний). За структурою він схожий з міозином м’язовихклітин.Ультраструктура джгутиків вивчена детально (рис. 2.12). Вони

складаються з трьох частин: описаної вище спіральної нитки,гачка поблизу поверхні клітини і базального тільця. Базальне

56

тільце складається з центрального стриженя, на якому в грам-негативних бактерій знаходяться дві пари кілець. Зовнішня паракілець міститься в муреїновому шарі і зовнішній мембрані, однез кілець внутрішньої пари — в цитоплазматичній мембрані, дру-ге — на внутрішній поверхні пептидогліканового шару. Оскіль-ки у грампозитивних бактерій зовнішня пара кілець відсутня,вважають, що для обертання джгутиків необхідна тільки внутріш-ня пара кілець. Конструкція джгутика виконує функцію флагелі-нового мотора, в якому розміщене у цитоплазматичній мемб-рані кільце внутрішньої пари діє як привідний диск, а друге кільцецієї пари відіграє роль підшипника.

Перитрих

Монотрих Лофотрих

Рис. 2.11. Джгутики бактерій на електронограмах (за Л. Месро-бяну, Е. Пеунеску, 1963)

57

Більшість бактерій у середньому за секунду проходятьвідстань, близьку до довжини їхнього тіла. Швидше рухаютьсябактерії з полярним розміщенням джгутиків — монотрихи і ло-фотрихи. Наприклад, холерний вібріон при довжині тіла небільше 2 мкм може рухатися зі швидкістю понад 100 мкм/с.Рухливі бактерії здатні до таксису (грец. taxis — розташуван-

ня, розміщення) — направленого руху, що визначається зовні-шніми факторами. Залежно від них розрізняють хемо-, аеро-, фото-,магнітотаксис. Здатність до цілеспрямованого руху регулюєть-ся генетично, наприклад, у Escherichia coli у цей процес залуче-но до 3 % геному (близько 50 генів).Рухливість бактерій має диференціальне значення і дослі-

джується при мікроскопії роздушеної краплі в темному полі зоруабо за допомогою фазово-контрастної мікроскопії. Існують та-кож культуральні способи виявлення рухливості.Оскільки товщина джгутиків значно менша роздільної здат-

ності світлового мікроскопа, їх вивчають при електронніймікроскопії або за допомогою спеціальних методів забарвлен-ня, що дозволяє збільшити товщину джгутиків (наприклад,сріблення).

ЗовнішнямембранаМуреїн

Цитоплазматичнамембрана

Стрижень

Базальне тільце

Гачок

Рис. 2.12. Схема джгутикового апарата у Escherichia coli (за Top-ley & Wilson’s Principles of bacteriology, virology and immunity, 1990)

58

4. ТИНКТОРІАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІБАКТЕРІЙ

Бактерійні клітини напівпрозорі, слабо заломлюють світло,тому при звичайних методах мікроскопії в незабарвленому станіїх складно виявити. Для виявлення бактерій у нативних препара-тах використовують мікроскопію в темному полі зору, фазово-контрастну і аноптральну мікроскопію, а також мікроскопію узвичайному світловому мікроскопі з опущеним конденсором.Однак ці методи дослідження є недостатньо інформативними іобмежено застосовуються під час мікробіологічної діагностики.Набагато ефективнішим є мікроскопічне вивчення заздалегідьубитих, а потім забарвлених бактерій. У мікробіології для за-барвлення мікроскопічних препаратів найчастіше застосовуютьанілінові барвники.При простому забарвленні застосовують один барвник, складні

методи забарвлення потребують застосування кількох барвниківй інших речовин у кілька етапів. Просте забарвлення зручне дляоглядової мікроскопії, виявлення форми і взаєморозміщення бак-терій. Складні методи забарвлення дозволяють виявити тонкідеталі будови бактерій, провести цитохімічні дослідження длявиявлення хімічних компонентів бактерійної клітини.Розробка і використання методів забарвлення дозволили де-

тально вивчити морфологію бактерій, виявити структурні еле-менти, що мають диференціальне значення і важливі для іденти-фікації бактерій, вивчити відмінності між бактеріями щодо здат-ності сприймати барвники, яка визначає так звані тинкторіальнівластивості бактерій.Тинкторіальні властивості бактерій (лат. tinctura, від tingo —

забарвлюю) — здатність до забарвлення: сприйнятливість дозабарвлення, кислото-спирто-лугостійкість, рівномірність забарв-лення, метахроматичність, відношення до забарвлення за мето-дом Грама.Сприйнятливість до забарвлення у більшості видів бактерій ви-

сока, вони легко і швидко його сприймають. Як правило, передзабарвленням бактерії фіксують у полум’ї або хімічними фіксато-рами, внаслідок чого вони гинуть і краще сприймають барвники.При забарвленні в живому стані ферментні системи бактерій мо-жуть руйнувати і знебарвлювати барвник, тому прижиттєве (віталь-не) забарвлення рідко застосовують у мікробіології.

59

Окремі структурні елементи бактеріальної клітини по-різно-му сприймають барвники. Спори і капсули, які мають диференці-альне значення, погано сприймають барвники і не забарвлюють-ся при звичайних методах забарвлення. Але їх можна помітитиу звичайних забарвлених препаратах: спора помітна як світлетільце на фоні забарвленої цитоплазми або її залишків, капсула— у вигляді світлого ореолу на забарвленому фоні препаратунавколо інтенсивно забарвленого тіла бактерій. В діагностичнійпрактиці застосовують спеціальні складні методи забарвленняспор і капсул.Не сприймають забарвлення в звичайних умовах деякі бак-

терії, які є кислото-спирто-лугостійкими, тобто не гинуть від діїрозчинених кислот, лугів і спирту. До них належать мікобактеріїтуберкульозу, прокази, деякі актиноміцети. Кислотостійкість цихбактерій зумовлена високим вмістом ліпідів, наявністю міколо-вих кислот і фізико-хімічними особливостями їх клітинної стінки.У мікобактерій до 40 % сухого залишку становлять ліпіди. Вияв-лено три фракції ліпідів: фосфатидна (розчинна в ефірі), жирова(розчинна в ефірі й ацетоні) та воскова (розчинна в ефірі і хло-роформі). У складі ліпідів є різні кислотостійкі жирні кислоти:міколова, туберкулостеаринова, фтіонова та ін. Ліпіди і міко-лові кислоти зумовлюють гідрофобність клітинної поверхні, щоробить клітину стійкою до дії розчинених у воді токсичних речо-вин. Ненасичені кислоти, що становлять 50 % від усієї кількостіміколових кислот, залишаються рідкими навіть при низьких тем-пературах і забезпечують еластичність оболонки, необхідну длятранспорту гідрофобного субстрату. Тому деякі вільноіснуючісапрофітні мікобактерії здатні використати гідрофобні субстра-ти, зокрема парафіни нафти.Існує залежність між кількісним вмістом міколових кислот і

ступенем кислотостійкості. Кислотостійкість зберігається тількипри цілісності клітинної стінки, а поява навіть невеликого де-фекту стінки спричинює втрату кислотостійкості.Кислотостійкість є диференціально-діагностичною ознакою,

використовується для виявлення та ідентифікації бактерій. Кис-лотостійкі бактерії забарвлюють інтенсивним методом — засто-совують концентрований розчин карболового фуксину припідігріванні. Сприйнявши червоне забарвлення, кислотостійкібактерії не знебарвлюються при обробці кислотою, лугом абоспиртом. Тому після забарвлення фуксином препарат диферен-ціюють 5–10%-ю сірчаною кислотою або підкисленим спиртом і

60

після промивання водою додатково забарвлюють знебарвленікислотопіддатливі мікроорганізми контрастним барвником, на-приклад, метиленовим синім.Рівномірність забарвлення. Більшість патогенних бактерій за-

барвлюється рівномірно, причому деталі внутрішньої структурибактеріальної клітини не виявляються. Часто видима гомо-генність забарвлення зумовлена тим, що барвник інтенсивно зв’я-зується з оболонками клітини і маскує забарвлення внутрішніхструктур. Наприклад, тільки при використанні дуже розбавле-них розчинів кристалвіолету вдається отримати вибіркове забар-влення гранул волютину, тимчасом як барвник у звичайній кон-центрації дає рівномірне забарвлення клітини. Однак деякі бак-терії (палички чуми) і при звичайних методах забарвлення мо-жуть забарвлюватися біполярно, у вигляді «англійської шпиль-ки», тобто більш інтенсивно на полюсах, а центр залишаєтьсяслабозабарвленим. Нерівномірно забарвлюються також споро-носні палички, оскільки спора не забарвлюється.Метахроматичність (грец. meta — зміна, chroma — колір) —

здатність забарвлюватися в інший колір, ніж колір основногобарвника. Діагностичне значення має метахроматичність зе-рен волютину в коринебактерій дифтерії. При забарвленні ме-тиленовим синім, толуїдиновим синім гранули волютину за-барвлюються у фіолетово-червоний, вишневий колір. Звичай-но для виявлення зерен волютину забарвлення здійснюютьлужним метиленовим синім, при цьому волютин забарвлюєть-ся у темно-синій, а тіло клітини — в блакитний колір.Відношення до забарвлення за Грамом. У 1884 р. Х. Грам запро-

понував метод забарвлення для виявлення деяких бактерій у тка-нинах тварин. Надалі цей метод забарвлення поширився в мікро-біології, і на відношенні до забарвлення за Грамом грунтуєтьсярозділення переважної більшості бактерій на грацилікутні (грам-негативні) і фірмікутні (грампозитивні).Забарвлення за Грамом полягає в тому, що спочатку пре-

парат забарвлюють генціанвіолетом (кристалвіолетом, метил-віолетом та ін.), потім обробляють водним розчином йоду (увигляді розчину Люголя) і диференціюють етиловим спиртом.Грампозитивні бактерії зберігають при цьому темно-фіолето-ве забарвлення, а грамнегативні знебарвлюються спиртом іпотім забарвлюються розчином фуксину в контрастний черво-ний колір.Механізм забарвлення за Грамом остаточно не з’ясований.

61

Вважають, що в його основі лежать особливості хімічного скла-ду і будова клітинної стінки.Клітинна стінка грампозитивних бактерій характеризується

високим вмістом пептидоглікану (муреїну), який утворює товстийбагатошаровий мішок, наявністю частих поперечних пептиднихзв’язків між нитками глікану, наявністю в муреїновому шарі тей-хоєвих кислот, малим вмістом ліпідів. Під час обробки спиртомвідбувається розбухання муреїнового шару і зменшення діамет-ра пор клітинної стінки, що знижує її проникність. Тому комп-лексна сполука генціанвіолету з речовиною цитоплазми і йодому грампозитивних бактерій хоч і розчиняється у спирті, але неможе вийти через клітинну стінку, отже, клітина зберігає пер-винне забарвлення.Клітинна стінка грамнегативних бактерій має тонкий крупно-

вічковий шар муреїну з рідкими поперечними зв’язками і міститьбагато ліпідів, які розчиняються і вимиваються при обробці спир-том. Тому проникність клітинної стінки вища, ніж у грампози-тивних бактерій, ще більше зростає, барвник легко вимиваєтьсяспиртом, відбувається знебарвлення грамнегативних бактерій.Доказом того, що у забарвленні за Грамом основну роль

відіграє клітинна стінка, є той факт, що при порушенні цілісностіклітинної стінки після обробки лізоцимом, під дією пеніцилінуабо внаслідок дегенерації бактерій при старінні культури грам-позитивні бактерії забарвлюються грамнегативно.Техніку різних методів забарвлення бактерій студенти деталь-

но вивчатимуть на практичних заняттях.

62

ЛЕКЦІЯ ІІІ

ФІЗІОЛОГІЯ БАКТЕРІЙ

1. Поняття про фізіологію мікроорганізмів2. Живлення бактерій3. Дихання бактерій4. Ферменти бактерій5. Культивування бактерій6. Ріст і розмноження бактерій7. Культуральні властивості бактерій8. Продукти життєдіяльності бактерій9. Роль мікроорганізмів у кругообігу речовин у природі10. Некультивовані форми бактерій (НФБ)

1. ПОНЯТТЯ ПРО ФІЗІОЛОГІЮМІКРООРГАНІЗМІВ

Вивчення фізіології мікроорганізмів розпочнемо з фізіологіїбактерій. Особливості інших груп мікроорганізмів (гриби, най-простіші, мікоплазми, хламідії, рикетсії, віруси) буде розглянутопри вивченні спеціальної медичної мікробіології. При цьому вла-стивості інших груп мікроорганізмів розглядатимуться порівня-но з властивостями бактерій.Бактерії — одноклітинні безхлорофільні рослинні мікроорга-

нізми. Вони мають досить складну будову, містять основніклітинні органоїди і складний комплекс біологічно активних мак-ромолекул. Як і всі живі організми, бактерії потребують надхо-дження з навколишнього середовища поживних речовин, які єпластичним матеріалом для побудови тіла і джерелом енергії,що забезпечує біологічні процеси в клітині. В тілі бактерій по-стійно відбуваються найскладніші біологічні процеси, в яких бе-руть участь біологічні каталізатори. Бактерії справляють знач-ний вплив на навколишнє середовище, виділяючи в нього фер-менти і продукти метаболізму. Враховуючи широке розповсю-дження в природі бактерій, їх роль у природі визначається підтри-муванням кругообігу речовин, без якого неможливе життя на

63

Землі. Патогенні й умовно-патогенні мікроорганізми, які є го-ловним предметом нашого вивчення, характеризуються най-складнішими біохімічними перетвореннями в клітинах, їхня біо-логічна активність забезпечує їм участь в інфекційному процесі.Всі ці складні метаболічні процеси, що забезпечують життє-

діяльність бактерій, їх ріст і розмноження, потребують спеціаль-ного вивчення. Цим і займається фізіологія мікроорганізмів.Фізіологія бактерій вивчає фізичні, хімічні та біологічні проце-

си в бактеріальній клітині, а також фізичні, хімічні й біологічніперетворення, спричинені бактеріями у навколишньому середовищі.Життєдіяльність бактерій забезпечують відповідні клітинні

структури (цитоплазма, оболонки, апарат ядра, органоїди) іхімічний склад. Бактерії містять воду (75–85 % у вегетативнихклітинах, 40–50 % — у спорах) та сухий залишок. Вода відіграєзначну фізіологічну роль, оскільки є основним середовищем длярозчинення більшості клітинних компонентів. Нормальний ме-таболізм, розвиток і розмноження клітин відбуваються тільки уводній фазі навколишнього середовища.Вода може міститися у бактеріальних клітинах у вигляді са-

мостійної речовини (вільна вода) або зв’язана з компонентамиклітини (з’єднана вода). Сухий залишок містить мінеральні ре-човини (2–14 %) й органічну частину, яка складається з 50–75 %білків, 10–30 % нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), 12–28 % вугле-водів, включаючи полісахариди, 10–40 % ліпідів. Тобто власнийсклад бактерій мало чим відрізняється від складу будь-яких жи-вих істот на Землі. Бактерії містять основні хімічні елементи —органогени (С, H, O, P, S, N) і мікроелементи. У складі бактерійможна виявити всі відомі хімічні елементи.

2. ЖИВЛЕННЯ БАКТЕРІЙ

Для здійснення процесів росту й розмноження бактерій, тоб-то життєдіяльності, необхідні поживні речовини з навколишньо-го середовища. Надходження поживних речовин у бактеріальнуклітину відбувається без енергетичних витрат, за рахунок пасив-ної дифузії (за градієнтом концентрації) або полегшеної дифузії(за допомогою ферментоподібних білків — пермеаз). Більшістьпоживних речовин транспортується в клітину активним шляхом,за допомогою специфічних пермеаз, локалізованих у цитоплазма-тичній мембрані. Цей процес відбувається проти градієнта кон-

64

центрації, причому кожна пермеаза переносить у клітину тількипевну речовину, процес транспорту специфічний. У процесі ак-тивного транспорту може відбуватися хімічна модифікація ре-човин, наприклад, фосфорування вуглеводів.Необхідна обставина — сприйнятлива форма поживних ре-

човин, у якій вони можуть засвоюватись мікроорганізмом. Згідноз цим розрізняють три типи живлення мікроорганізмів.Автотрофи (автотрофи) використовують як єдине джерело вуг-

лецю СО2, для гетеротрофів джерелом вуглецю є різноманітніорганічні, вуглецевмісні сполуки. В свою чергу, гетеротрофи по-діляють на метатрофи (сапрофіти), які потребують відносно про-стих органічних сполук й використовують мертвий поживнийматеріал, і паратрофи (паразити), які потребують складних спо-лук, що здебільшого містяться тільки в живих істотах. Патогеннімікроорганізми є метатрофами і паратрофами. Згідно з типомживлення всі бактерії поділяють, залежно від вимог до живиль-них середовищ, на невибагливі (розмножуються на загальних,універсальних, простих живильних середовищах) і вибагливі (по-требують особливих живильних середовищ).Звичайно, для росту й розмноження бактерій недостатньо

тільки поживних речовин у сприйнятливому вигляді, потрібнітакож вітаміни й речовини росту, різні для різних видів.

3. ДИХАННЯ БАКТЕРІЙ

Для процесів життєдіяльності бактерій необхідна енергія, якувони отримують у результаті дихання. Сутність енергетичногометаболізму полягає в отриманні енергії, що утворюється в про-цесі біологічного окислення в аеробних і анаеробних умовах.Тому точніше назвати цей процес не диханням, а біологічнимокисленням.Дихання, або біологічне окислення — це окисно-відновний про-

цес, що полягає в накопиченні енергії з утворенням молекул АТФ,цього універсального джерела енергії у живих організмів, якеназивають також енергетичною валютою клітини.За типом дихання всі мікроорганізми поділяють на 4 групи.1. Облігатні аероби потребують вільного кисню у високій кон-

центрації (близько 21 %). Прикладом може бути Pseudomonasaeruginosa — синьогнійна паличка.

65

Аероби одержують енергію шляхом переносу електронів заланцюгом окисно-відновних реакцій, в якому остаточним акцеп-тором електронів є атмосферний кисень. Цей ланцюг локалізо-ваний у цитоплазматичній мембрані аеробів та факультативнихаеробів. Такий шлях енергетичного обміну дістав назву окиснефосфорилювання. Енергія одержується за рахунок формуваннямакроергічних фосфатних зв’язків АТФ у результаті окислюван-ня субстрату з утворенням кінцевих продуктів — вуглекислогогазу і води. Електронні транспортні системи бактерій звичайнолокалізовані на цитоплазматичній мембрані, перенос електронівздійснюється комплексом нікотинамідних дегідрогеназ або хіно-нів і цитохромів. Аеробні бактерії мають три цитохроми (а, в, с).Внаслідок такого окислювання з 1 моля глюкози синтезуєть-

ся 38 молей АТФ із загальним запасом енергії 380 ккал (близько55 % всієї енергії одного моля глюкози).

2. Мікроаерофіли потребують невеликої кількості кисню, оскіль-ки висока його концентрація хоч і не вбиває бактерій, але можезатримувати їх ріст. Такі бактерії не ростуть в аеробних та ана-еробних умовах, вміст кисню може дорівнювати 1–15 %. Як пра-вило, такі бактерії ростуть краще за наявності більш високоїконцентрації вуглекислого газу (10–15 %). Прикладом можутьбути Campylobacter jejuni, Helicobacter pylori, лептоспіри.

3. Виділяють також капнофіли (капнеїчні бактерії), наприклад,Brucella abortus — збудник бруцельозу великої рогатої худобита людини, який у перших генераціях зростає лише у присут-ності високої концентрації СО2.Ріст багатьох патогенних для людини бактерій, які хоча і не

належать до мікроаерофілів або капнофілів, стимулюється підви-щеним вмістом вуглекислого газу — це стафілококи, стрептоко-ки, менінгококи, гонококи тощо.

4. Факультативні анаероби, або факультативні аероби, здатнізмінювати тип дихання з аеробного на анаеробний, найчастішезустрічаються серед патогенних мікроорганізмів — коки, енте-робактерії, вібріони та багато інших. Факультативні анаеробимають один або два цитохроми.Типовим представником факультативних анаеробів є E. coli,

яка спочатку може розвиватися як анаероб, потім починає спо-живати кисень і росте як аероб, окислюючи проміжні продуктибродіння до вуглекислого газу і води.Факультативні анаероби найбільш пристосовані до різних

умов існування, тому є поширеними серед мікроорганізмів.

66

5. Облігатні анаероби отримують енергію у разі відсутностікисню, за рахунок прискореного, але не повного розщепленняпоживних речовин внаслідок субстратного фосфорилювання.Кінцевими акцепторами електронів при цьому можуть бути не-органічні сполуки (нітрати, нітрити, сульфати, карбонати, три-валентне залізо), а при процесах бродіння, які можуть бути влас-тиві не тільки анаеробам, а й мікроаерофілам і факультативнимаеробам, кінцевими акцепторами електронів можуть бутиорганічні сполуки, наприклад, піруват, лактат тощо. Анаеробине мають цитохромів.При анаеробному типі дихання виділяється менше енергії, тому

облігатно-анаеробні мікроорганізми повинні переробляти бага-то субстрату і є біохімічно дуже активними. Наприклад, в анае-робних умовах вихід енергії з одного моля глюкози становитьлише 20 ккал, замість 380 ккал внаслідок утилізації глюкози приаеробному диханні.Для строгих (облігатних) анаеробів, таких як збудники правця,

ботулізму, анаеробної інфекції тощо, присутність кисню діє згуб-но. Деякі анаероби, наприклад Clostridium perfringens, більш аеро-толерантні й можуть протягом короткого часу виживати, але нерозмножуватися у присутності атмосферного кисню. Толеран-тність до кисню зумовлена здатністю бактерій нейтралізуватитоксичні кисневі продукти (супероксид-аніон і перекис водню),які утворюються як побічні продукти при аеробному диханні.Аеробні й аеротолерантні бактерії здатні перетворюватинайбільш токсичний метаболіт — супероксид-аніон — у Н2О2 задопомогою супероксиддисмутази. Потім каталаза розкладаєН2О2 на Н2О2 і О2. Каталазу мають усі аеробні бактерії, крімаеротолерантних анаеробів; суворі анаероби не мають обох фер-ментів, тому гинуть при контакті з киснем.При культивуванні аеробів, як правило, не намагаються ство-

рити спеціальні умови аерації. Мікроорганізми забезпечуютьзнижений вміст кисню за рахунок додавання вуглекислоти з ба-лона в замкнений резервуар для культивації бактерій.Найпростіший спосіб — запалюють ватну пробку, щільно за-

кривають пробірку й заливають пробку парафіном.Для вирощування строгих анаеробів застосовують три спосо-

би культивування: в анаеростаті (спеціальний прилад, з якогоможна відкачувати повітря або замінювати його на інертний газ),в спеціальному живильному середовищі Кітта — Тароцці (про-бірка з глюкозним бульйоном і шматочками печінки, залита звер-

67

ху вазеліновим маслом), в товщі глюкозного живильного агару (увисоких пробірках, трубках Буррі, трубках Віньяль — Вейона).Сьогодні для діагностичного вирощування облігатних анае-

робів застосовують одноразові полімерні пакети або коробки, вяких утворюються потрібні умови відсутності кисню або підви-щеного вмісту вуглекислого газу завдяки спеціальним хімічнимрегенераторам (рис. 3.1).

4. ФЕРМЕНТИ БАКТЕРІЙ

Процеси життєдіяльності здійснюються за наявності біологіч-них каталізаторів — ферментів. Для нормального розвитку і функ-ціонування типової бактеріальної клітини потрібно до 1000–4000ферментів, які забезпечують активний транспорт поживних ре-

Індикатор

Регенератор

Прилад длягерметизації

Індикатор

Регенератор

Рис. 3.1. Обладнання для діагностичного культивування облігат-них анаеробів:

а — Genbox (бокс на 10 чашок з живильним середовищем); б —Genbag (пакет на 1–2 чашки з живильним середовищем)

Засіяні чашки вміщують у бокс або пакет, одразу ж вкладають ре-генератор, який зв’язує О2, та індикатор, який показує рівень анае-робіозу. Герметизують за допомогою спеціальних приладів, інкубу-ють у звичайному термостаті.

68

човин у клітину з навколишнього середовища, перетворенняенергії та біосинтетичні процеси для забезпечення життєдіяль-ності.Розрізняють конститутивні ферменти, які постійно перебува-

ють у клітині незалежно від умов її існування та наявності суб-страту, індуктивні (адаптивні), що синтезуються тільки в томуразі, якщо існує потреба в них (вони виникають у присутностівідповідного субстрату). Кожний вид мікроорганізмів має свій,властивий тільки цьому виду, набір ферментів.Ферментативна діяльність мікроорганізмів визначає їх роль у

кругообігу речовин, властивість займати певну екологічну нішув мікробіогеоценозі. Тим же часом певний набір ферментів час-то є пізнавальною ознакою для виду мікроорганізмів. Тому фер-менти мікроорганізмів вивчають для використання їх у промис-ловості, сільському господарстві, медицині, для ідентифікаціївиділених культур мікроорганізмів, тобто для визначення їх ви-дової належності. Немає необхідності розбирати всі тонкощімеханізму дії різних ферментів, а достатньо класифікувати фер-менти мікроорганізмів за їх субстратною специфічністю, які ре-човини (субстрати) й як змінюються під дією ферментів мікроор-ганізмів.Таким чином, виділяють протеолітичні, сахаролітичні, ліполі-

тичні ферменти, нуклеази та оксидредуктази.Ферментативна активність мікроорганізмів (бактерій) вивчаєть-

ся шляхом засіву їх на диференційно-діагностичні живильні сере-довища.Одні ферменти бактерій локалізуються в цитоплазмі, цито-

плазматичній мембрані та органоїдах клітини (ендоферменти).Інші ферменти виділяються у навколишнє середовище, здійсню-ють біохімічні перетворення поживного матеріалу до його над-ходження в клітину (екзоферменти). Внутрішньоклітинні ферментиможуть об’єднуватися функціонально і структурно в мультифер-ментні комплекси. Деякі ферменти бактерій можуть бути факто-рами вірулентності.

5. КУЛЬТИВУВАННЯ БАКТЕРІЙ

У природному середовищі і в організмі хазяїна сапрофіти йпаразити самостійно знаходять собі необхідні умови для життє-діяльності. Проте інколи доводиться отримувати популяції мікро-

69

організмів у штучних умовах. Такі популяції називають культу-рами.Культура мікроорганізмів — це мікроорганізми, розмножені на

живильному середовищі в лабораторних умовах.Культури мікроорганізмів мають штучний, лабораторний ха-

рактер. Популяція мікроорганізмів — це сукупність живих мікро-організмів, незалежно від того, отримана вона в лабораторії чирозвилася в природних умовах в організмі хазяїна чи поза орга-нізмом.Чиста культура — культура одного виду мікроорганізмів. Якщо

культура складається з кількох видів мікроорганізмів, вона є змі-шаною.Проросла культура — це чиста культура, забруднена іншим

видом мікроорганізмів. Наше завдання — навчитись отримува-ти чисті культури бактерій і працювати з ними так, щоб зберіга-ти чистоту виділеної культури.Клон — мікробна популяція, отримана шляхом вегетативно-

го розмноження однієї клітини. За визначенням, клонова культу-ра складається з бактерій, ідентичних за генотипом і фенотипо-вими ознаками.Штам — культура мікроорганізмів, виділена з певного джерела.Штами бактерій, отримані з різних джерел, практично мо-

жуть не відрізнятися, але деякі штами можуть мати суттєвівідмінності. Цих відмінностей недостатньо, щоб вважати шта-ми належними до різних видів чи варіантів. Але деякі штами, якімають корисні властивості, є об’єктами патентування.Для росту й розмноження бактерій необхідно створити спеці-

альні умови, визначені для кожного виду бактерій:1. Відповідне живильне середовище. Вимоги до живильного се-

редовища: вміст необхідних поживних речовин у формі засвоєн-ня, що відповідає pH (найчастіше слабколужної, 7,2–7,6); необхід-на консистенція (рідкі, густі, напіврідкі середовища); стериль-ність; якщо можливо — прозорість; зручна розфасовка, еконо-мічність. За призначенням живильні середовища поділяються на5 груп (табл. 3.1).

2. Визначені умови аерації. Залежно від типу дихання бактерійїм необхідно створити відповідні умови аерації.

3. Визначена температура. Потрібні температурні умови ство-рюють у термостатах. Більшість патогенних мікроорганізмів ємезофілами, оптимальна температура для них становить 37 °С(температура тіла людини). Проте існують і винятки, наприк-

70

лад, для збудників чуми та ієрсиніозу оптимальна температура— 25–28 °С.

4. Відсутність шкідливих впливів. Ріст та розмноження бак-терій можливі тільки тоді, якщо немає шкідливого впливу намікроорганізми. Фактори навколишнього середовища можутьзгубно впливати на бактерії настільки, що бактерії не зможутьне тільки розмножуватись, а й жити.На бактерії згубно впливає температура, деякі хімічні речо-

вини та випромінювання. Це основні антимікробні впливи, якіпризводять до стерилізації (повне знищення всіх мікроорганізмів)або дезінфекції (в основному знищення всіх мікроорганізмів).Стерилізація досягається обробкою високою температурою,

γ-променями або механічним видаленням бактерій фільтрацією.Для дезінфекції застосовують хімічні дезінфектанти — фенол,

лізол, похідні хлору, солі важких металів.

Таблиця 3.1. Класифікація живильних середовищ за призначенням

Вид живильного Призначення живиль- Приклади живиль- середовища ного середовища них середовищ

Прості (основні) Для культивації невибаг- М’ясо-пептонний бу-ливих мікроорганізмів льйон (МПБ), м’ясо-

пептонний агар (МПА)

Спеціальні Для культивації вибаг- Глюкозний МПБ,ливих мікроорганізмів сироватковий МПБ,

кров’яний МПА

Диференційно- Для диференціювання Середовища Ендо,діагностичні мікроорганізмів за біо- Левіна, Гісса

хімічними властивос-тями

Елективні Для переважного на- Лужна пептоннагромадження певних вода, середовища Ру,мікроорганізмів, тоді як Плоскирєва, Мюлле-ріст інших пригнічено ра

Консервувальні Для збереження життє- Гліцеринова сумішдіяльності мікроорга-нізмів під час транспор-тування в лабораторію

71

6. РІСТ І РОЗМНОЖЕННЯ БАКТЕРІЙ

Якщо бактеріям створити сприятливі умови, вони будуть рос-ти й розмножуватись.Ріст бактерій — це відтворення всіх клітинних структур, що

спричинює збільшення маси клітини. Розмноження бактерій —збільшення кількості клітин у популяції. Більшість прокаріотрозмножуються поперечним поділом, деякі — брунькуванням,гриби — спороутворенням.При розмноженні бактеріальної клітини найважливіші проце-

си відбуваються в її нуклеоїді, що складається з однієї двонитко-вої молекули ДНК і вміщує всю генетичну інформацію клітини.Реплікація (розмноження) ДНК починається у певній точці йвідбувається в двох протилежних напрямах, спочатку на одній їїнитці, потім — на другій. Синтез дочірніх ниток ДНК йде корот-кими фрагментами, по 1–2 тис. нуклеотидів, потім вони зшива-ються ферментом лігазою. Синтез ДНК бактерій відбуваєтьсяза напівконсервативним типом, внаслідок чого утворюються двідочірні молекули ДНК, які містять одну материнську та однудочірню нитку ДНК кожна.Паралельно з реплікацією ДНК відбувається утворення по-

перечної міжклітинної перегородки: спочатку вростання двохшарів цитоплазматичної мембрани, потім між ними синтезуєть-ся пептидогліканова клітинна стінка. Паралельно збільшують-ся розміри клітини, синтезуються необхідні біополімери для їїорганоїдів. Потім дочірні клітини відділяються одна від одної.Час одного циклу поділу (час генерації) у різних видів бак-

терій різниться — від 11 хв (холерний вібріон), 20–30 хв (більшістьпатогенних мікроорганізмів) до 14 год (мікобактерії туберкульо-зу). Відповідно, видимий ріст культури утворюється через 18–20год, а у мікобактерій туберкульозу — після 2–3 тиж. Звичайно,час генерації залежить від складу живильного середовища, тем-ператури та інших умов культивування. Якщо проаналізуватикількість живих клітин після засіву бактерій на рідке живильнесередовище залежно від часу, можна побудувати криву ростубактеріальної культури, в якій розрізняють 8 фаз, та більш на-глядно виділити 5 основних (рис. 3.2).

1. Фаза адаптації (початкова стаціонарна фаза). В цей час невідбувається розмноження бактерій, йде пристосування до жи-вильного середовища, інколи навіть зменшується кількість жи-

72

вих клітин за рахунок відмирання особин, які минули вершинусвоєї біологічної активності.

2. Фаза логарифмічного росту, коли відбувається експоненці-альне збільшення кількості живих клітин за рахунок розмножен-ня. Логарифм концентрації живих клітин зростає пропорційночасу.

3. Фаза стаціонарного максимуму. Під час цієї фази зберігаєть-ся приблизно постійна кількість живих клітин, тому що чисель-ність відмерлих і щойно утворених клітин зрівнюється. Культу-ра досягає М-концентрації (максимальної концентрації), яка єпостійною величиною для певного виду бактерій у певних умо-вах.

4. Фаза логарифмічного відмирання. Гине маса бактерій, лога-рифм їхньої концентрації зменшується пропорційно часу.

5. Фаза спокою. Поступово зменшується швидкість відмиран-ня бактерій, окремі клітини зберігають життєдіяльність якийсьчас, але потім культура гине повністю. Звичайно спороутворю-вальні бактерії можуть переходити у стан спори і невизначенодовго зберігати життєдіяльність у такому стані.Обговоримо причину відмирання бактерій. Адже якщо б одна

бактеріальна клітина могла розмножуватись без перешкод, тоза 5 діб її потомство заповнило б басейни всіх морів та океанівна Землі. Причини відмирання бактерій є такими: виснаженняживильного середовища, особливо за лімітуючими компонента-

Рис. 3.2. Графік розмноження бактерій у рідкому живильному се-редовищі (римськими цифрами позначено основні фази розмноження)

Час, год

Кількість

живих клітин

, lo

g2

73

ми, самоотруєння популяції токсичними продуктами метаболіз-му, втрата розчиненого у середовищі кисню. У промислових умо-вах для отримання великої маси бактерій застосовують глибокекультивування в спеціальних реакторах, де відбуваються постійнеперемішування та аерація живильного середовища. При культи-вуванні в діалізаційних мішках, коли створюються умови дляпостійної заміни живильного середовища й виділення шлаків зарахунок дифузії, також збільшується маса отриманих бактерій.Проте повністю пояснити причини відмирання бактерій тількиназваними фактами не можна. У фазі стаціонарного максимумуіснують умови для розмноження й одночасно — відмирання бак-терій, а під час початкової стаціонарної фази відбувається част-кове відмирання бактерій в умовах свіжого живильного середо-вища. Розглянемо проблему з іншої точки зору.При прямому поділі бактерії з однієї материнської клітини

утворюються дві рівноцінні дочірні. В цьому випадку правиль-ною буде теорія невмираючого життя, тому що в потомстві зав-жди можна знайти якісь структури від дуже далеких предків,структури не синтезовані знову, а ті, що збереглися від мате-ринської клітини. Але це суперечить фундаментальним біологіч-ним законам про смертність усього живого.Це протиріччя знімається, якщо дотримуватися точки зору

тих дослідників, які вважають, що при поділі бактерій утворю-ються нерівноцінні клітини. Так, І. Малек (1954) у результаті кіне-матографічних досліджень довів, що при поділі бактерій завждиє «материнська» клітина, в якій диференціюється маса живоїматерії, що відділяється потім у вигляді «дочірньої» клітини.Материнська ж клітина може повторювати процес поділу кількаразів, після чого відмирає.Вивчаючи процес поділу E. сoli, Малек помітив, що з однієї

клітини, отриманої в результаті поділу первинної материнськоїклітини, народжується 17 нових клітин, а з іншої — тільки 8.Концепція про нерівноцінність «дочірніх» клітин виглядає цілкомлогічною, проте причини нерівноцінності ще не вивчено оста-точно.Існують біологічні закони, що регулюють численність бакте-

ріальних популяцій, які не повністю залежать від згаданих фак-торів. Якщо посіяти одну бактеріальну клітину на живильне се-редовище в чашці Петрі, то виростає культура невеликих розмірів(діаметром кілька міліметрів), хоча й є надлишок живильногосередовища та простору. Якщо засіяти на рідке середовище

74

кількість бактерій, що перевищує М-концентрацію для цьоговиду, то розмноження бактерій в умовах свіжого живильного се-редовища спочатку зовсім не відбувається. Спочатку бактеріївідмирають до М-концентрації, потім якийсь час підтримуєтьсяМ-концентрація і відбувається логарифмічне відмирання бак-терій. Отже, існують й інші, поки що невідомі, біологічні закони,які регулюють чисельність мікробної популяції.

7. КУЛЬТУРАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІБАКТЕРІЙ

Кожний вид бактерій відрізняється особливостями морфологіїросту на рідких та густих живильних середовищах, пристосу-ванням до умов культивування — це культуральні властивостібактерій.Вони визначають вибагливість до живильних середовищ, тип

дихання, температурний оптимум, морфологію росту бактерійна рідкому та густому живильних середовищах.На рідкому живильному середовищі більшість бактерій да-

ють дифузне помутніння з наступним утворенням осаду.Стрептококи дають придонний та пристінний кришкоподіб-

ний ріст, паличка сибірки — осад у вигляді жмутка вати. Рістчумного мікроба порівнюють із сталактитовою печерою: утво-рюється плівка, від якої, як сталактити, спускаються нитки. На-зустріч росте осад у вигляді сталагмітів.На скошеному густому живильному середовищі ріст може бути

великим, малим, сухим, м’яким, слизуватим. Паличка дифтерії даєріст на зсілій сироватці у вигляді «шагреневої шкіри» — окреміопуклі дрібні колонії кремового відтінку, не злиті між собою.На пластинчастому агарі з окремих мікробних клітин вирос-

тають колонії.Колонія — це результат розмноження однієї бактеріальної кліти-

ни на густому живильному середовищі.Колонією називають обмежений ріст бактерій тільки на гус-

тому середовищі. На рідкому живильному середовищі внаслідокконвекційних потоків рідини, броунівського руху, рухливості бак-терій відбувається безперервне перемішування бактерій, томунавіть одна мікробна клітина іншого виду спричинює отриман-ня змішаної культури бактерій. Принципова відмінність густих

75

живильних середовищ, введених у біологічну практику Робер-том Кохом, у тому, що мікробні клітини, засіяні в різних ділян-ках середовища, дають незлитий ізольований ріст культур. Це йзабезпечує отримання чистих культур за рахунок механічногорозділення, розсіювання суміші мікроорганізмів на поверхні абов товщі густого живильного середовища.Наведене визначення колонії є не зовсім точним. Колонія не

обов’язково утворюється в результаті розмноження однієї мікроб-ної клітини — це може бути диплокок, ланцюжок бактерій абоскупчення бактерій, засіяне в одному місці. Тому інколи колоніївиявляються змішаними, тобто складаються з кількох видів бак-терій. Головним при визначенні поняття колонії є те, що вонаутворюється з одного зародка й може дати змогу отримати чис-ту культуру бактерій.Принцип виділення чистої культури — це отримання ізольова-

них колоній мікроорганізмів на густих живильних середовищах,вибір визначеної (підозрілої) колонії за морфологічними ознакамита мікроскопічним складом з наступним пересівом її для розмно-ження й збереження культури в чистому вигляді. Морфологія ко-лоній — важлива диференційна ознака бактерій. Бактеріолог по-винен вміти вибрати підозрілу колонію за її морфологією і мікро-скопічним складом. При цьому звертають увагу на розміри, фор-му, характер країв, поверхні, структуру, колір, консистенцію ко-лоній, що детальніше розглядатиметься на практичних заняттях.

8. ПРОДУКТИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІБАКТЕРІЙ

При рості й розмноженні бактерій утворюються різноманітніпродукти, необхідні бактеріям для їхньої життєдіяльності. Одні зних є екзоферментами для забезпечення надходження поживнихречовин у попередньо обробленому вигляді, інші — вітамінамий ростовими факторами для бактерій. Деякі з них є факторамивірулентності бактерій чи антибіотиками. Біосинтетичну ак-тивність мікроорганізмів використовують у промисловості,сільському господарстві, біології й медицині. Існують штамимікроорганізмів, які є продуцентами амінокислот, вітамінів, ан-тибіотиків, інших лікарських речовин. Сьогодні біотехнологіязначною мірою базується на спеціально відібраних або штуч-

76

но отриманих штамах мікроорганізмів з корисними властивос-тями.Одними з продуктів життєдіяльності бактерій є пігменти (біо-

логічні барвники). Вони розрізняються за кольором, найчастішемають різні відтінки жовто-коричневого кольору. Але є й пігментичервоного кольору (паличка Serratia marcescens — продигіозан),синьо-зеленого (синьогнійна паличка Pseudomonas aeruginasa —піоціанін), чорного — в Aspergillus niger та Bacteroides melani-nogenicus, білого — стафілокок.Пігменти класифікують як жиророзчинні (у стафілокока, сар-

цин, мікобактерії), водорозчинні (у синьогнійної палички), прак-тично не розчинні у воді, органічних розчинниках і навіть силь-них кислотах (у аспергiл і бактероїдів).У деяких бактерій пігменти можуть виконувати роль дихаль-

них ферментів, захищають бактерії від згубного впливу ультра-фіолетових променів.Деякі пігменти можуть стимулювати захисні сили макроорга-

нізму. Наприклад, із Serratia marcescens отримують продигіо-зан, який застосовують як неспецифічний стимулятор імунноїсистеми для лікування імунодефіцитних станів. Пігментоутво-рення є важливою диференційною ознакою бактерій, використо-вується при виборі підозрілої колонії та ідентифікації виділеноїчистої культури як одна з культуральних ознак бактерій.

9. РОЛЬ МІКРООРГАНІЗМІВУ КРУГООБІГУ РЕЧОВИН У ПРИРОДІ

Щоб оцінити роль бактерій у природі, слід зазначити, що фор-мування біосфери Землі відбувалося приблизно 3 млрд років тому,коли єдиними мешканцями нашої планети були прокаріотичнімікроорганізми — бактерії. Послідовне формування біогеоцено-зу (сукупності всіх живих істот на Землі) відбувалось за обов’язко-вої участі бактерій та інших мікроорганізмів. Хоча здається, щоосновні мешканці Землі — це тварини й рослини, це не зовсімтак. Сумарна біомаса бактерій у природних субстратах нашоїпланети оцінюється в 74,46·109 т, рослин — 55·109 т, тварин —0,55·109 т, найпростіших і водоростей — 1,5·109 т. Отже, біомасабактерій перевищує сумарну біомасу решти живих істот наЗемлі.

77

Рослини й тварини синтезують більшу кількість органічнихсполук, які надалі не можуть засвоюватись цими високооргані-зованими істотами. Якщо б не було мікроорганізмів, здатнихтрансформувати всі ці органічні сполуки в речовини, які засвою-ються рослинами і тваринами, то відбувалося б постійне змен-шення кількості хімічних речовин, здатних засвоюватися живи-ми істотами. Це призвело б згодом до припинення життя на Землі.Саме мікроорганізми, завдяки своїй високій біохімічній актив-ності, забезпечують кругообіг речовин у природі.Наприклад, кругообіг азоту вiдбувається таким чином (рис.

3.3). Всі азотовмісні органічні сполуки тварин і рослин потрап-ляють у грунт у вигляді їхніх виділень або тіл. Там вони під дієюамоніфікуючих бактерій перетворюються на солі амонію. Потімсолі амонію під дією нітрифікуючих бактерій перетворюютьсяна солі азотистої кислоти, а за участі нітратних бактерій — насолі азотної кислоти. Нітрати (селітри) засвоюються рослина-ми, які будують свої білки, потрібні для живлення тварин. Так,зв’язаний азот органічних сполук, завдяки бактеріям, повертаєть-ся в кругообіг речовин. Деякі бактерії можуть спричинювати про-цес денітрифікації, при якому зв’язаний азот відновлюється догазоподібного. Також існують азотфіксуючі бактерії, здатні зв’я-зувати газоподібний азот (бульбочкові бактерії, які живуть вкорінні бульбових рослин).

Рис. 3.3. Схема кру-гообігу азоту

78

Ці процеси вивчалися визначним вітчизняним мікробіологомС. М. Виноградським (1858–1953), засновником грунтової мікро-біології. Відома роль мікроорганізмів у кругообігу інших орга-ногенів — вуглецю, водню, фосфору, сірки. Біогеохімічні цикливиникали на початку життя й відіграють дуже важливу роль уформуванні й підтриманні біогеоценозу на Землі.

10. НЕКУЛЬТИВОВАНІ ФОРМИБАКТЕРІЙ

У багатьох видів грамнегативних аспорогенних бактерій існуєособливий пристосувальний стан, в який вони, подібно до цист,можуть переходити здебільшого під впливом несприятливих умові зберігати свою життєздатність протягом відносно тривалогочасу. Головна особливість цього стану в тому, що такі бактеріїне розмножуються на живильних середовищах, внаслідок чогоїх не можна культивувати і виділяти в чистій культурі. Такі веге-тативні форми бактерій, що не здатні до розмноження, але збері-гають життєздатність, дістали назву «некультивовані форми бак-терій» (НФБ). Здатність до переходу у некультивований станвиявлена і у патогенних для людини й тварин бактерій. Наприк-лад, збудника холери інколи виявляють у такій формі в забруд-нених відкритих водоймищах. У таких форм бактерій, подібнодо спор, значно знижена метаболічна активність, вони маютьвисоку стійкість у навколишньому середовищі, можуть перебу-вати в ньому тривалий час. За сприятливих умов, наприклад,потрапивши в організм тварин або людини, НФБ можуть пере-творитися на форму, яка здатна розмножуватися.Експериментально доведено, що НФБ можуть зберігати свою

життєздатність у навколишньому середовищі протягом кількохроків, підтримуючи небезпеку розвитку епідемії. Оскільки їх неможна виявити традиційними бактеріологічними методами, пе-ред санітарною і бактеріологічною службами виникла нова склад-на проблема, пов’язана зі з’ясуванням епідеміологічної та еко-логічної ролі форм патогенних некультивованих бактерій. Єди-ним надійним способом їхнього виявлення до сьогодні є тількиполімеразна ланцюгова реакція, яка базується на визначенні ДНКмікроорганізму за допомогою ампліфікації генів, високочутливаі не потребує культивування бактерій. Перед мікробіологієюстоїть завдання дослідити генетичні та біологічні механізми, щозумовлюють перехід бактерій в такий стан і повернення у вихід-ний вегетативний стан — реверсію.

79

ЛЕКЦІЯ IV

ГЕНЕТИКА МІКРООРГАНІЗМІВ

1. Розвиток вчення про генетику мікроорганізмів2. Класифікація форм мінливості мікроорганізмів3. Основні поняття генетики мікроорганізмів4. Організація генетичного матеріалу бактерій5. Мутаційна й адаптивна форми мінливості6. Комбінативна форма мінливості мікроорганізмів7. Практичне значення генетики мікроорганізміві генна інженерія в медичній мікробіології

Генетика мікроорганізмів — наука про закони спадковості імінливості мікроорганізмів, тобто про те, як успадковуються оз-наки у мікроорганізмів і відбувається їхня зміна.

1. РОЗВИТОК ВЧЕННЯ ПРО ГЕНЕТИКУМІКРООРГАНІЗМІВ

Генетика мікроорганізмів пройшла у своєму розвитку 3 етапи.Перший етап (друга половина XIX ст.) характеризується ста-

новленням наукової мікробіології, описанням видів мікроор-ганізмів, одержанням перших даних про мінливість мікробів. Уцей період відбувалася боротьба між двома полярними напрям-ками — мономорфізмом (Кох, Кон), який визнавав незмінністьвидів бактерій, і плеоморфізмом (Негелі), який вважав мінливістьмікробів до такої міри безмежною, що йшлося про один пато-генний мікроорганізм Coccobacteria septica, здатний, залежновід умов, спричинювати найрізноманітніші інфекційні захворю-вання. На цьому етапі перемогу здобули мономорфісти.На другому етапі (перша половина XX ст.) відбувалося по-

ступове накопичення відомостей про мінливість мікроорганізмів,вплив різних факторів на процеси мінливості. Важливий внесокзроблено роботами Г. А. Надсона і Г. С. Філіппова (1925), яківивчали мутагенну дію рентгенівських променів на дріжджі. Од-

80

нак вважалося, що закони спадковості і мінливості вищихорганізмів не можна застосувати до бактерій.Третій (сучасний) етап розвитку генетики мікроорганізмів роз-

починається з 1944 р., коли була опублікована робота О. Ейвері,К. Мак-Лауда і К. Мак-Карті, де вперше було експериментальнодоведено генетичну роль ДНК. Ця робота, основоположна длямолекулярної біології і молекулярної генетики, була присвяченавивченню процесу трансформації пневмокока, відкритого Ф. Гриф-фітсом (1928). У подальшому саме мікроорганізми стали об’єктомдослідження у фундаментальних відкриттях сучасної молекуляр-ної біології і генетики, а генетика мікроорганізмів продовжує пе-ребувати в авангарді молекулярної біології і генетики.

2. КЛАСИФІКАЦІЯ ФОРМ МІНЛИВОСТІМІКРООРГАНІЗМІВ

Мікроорганізми змінюють свої властивості в широкому діа-пазоні, причому мінятися можуть основні ознаки, які є головни-ми для ідентифікації виділеної чистої культури. На табл. 4.1. на-ведена класифікація форм мінливості мікроорганізмів (бактерій),що наочно демонструє зміни властивостей мікроорганізмів і ме-ханізми мінливості.У мікроорганізмів (бактерій) мінливість морфологічних влас-

тивостей (гетероморфізм) часто буває у разі старіння культуриі під впливом дії несприятливих факторів. Бактерії можуть зміню-вати розміри та форму, втрачати рухливість, вкриватися капсу-лою або втрачати її тощо. Приклад мінливості тинкторіальнихвластивостей — забарвлення звичайно грамнегативних гонококівгрампозитивно при хронічній гонореї у випадку тривалого ліку-вання, поява кислотопіддатливих форм мікобактерій тощо.Найяскравішою формою мінливості бактерій зі зміною бага-

тьох властивостей є S-R-дисоціація, яка виявляється перш за всев зміні морфології колоній, тобто в зміні культуральних власти-востей бактерій. Явище дисоціації було відкрито Полем де Крюї,а потім детально вивчено у працях Дж. Аркрайта.

S-R-дисоціація виникає спонтанно і зовні помітна як появадвох типів колоній. Колонії одного типу, R-колонії (англ. rough— шорсткий), характеризуються нерівними краями і шорсткоюповерхнею, мають більші розміри. Другий тип, S-колонії (англ.

81

Таблиця 4.1. Класифікація форм мінливості мікроорганізмів

Ознака класифікації Мінливість

За характером ознак, Властивостей:що змінюються морфологічних,

тинкторіальних,культуральних,біохімічних,біологічних,серологічних,фаголізабельних,бактеріоциногенних,чутливості до лікарських препаратів

За діапазоном Внутрішньовидова неспадкова;внутрішньовидова спадкова;видоутворювальна

За механізмом мінливості Мутаційна (спонтанні, індуковані мутації)Адаптивна (модифікація; тривала модифікація)Комбінативна (трансформація, трансдукція, лізогенна конверсія, кон’югація)

smooth — гладенький), має круглу форму і гладеньку поверхню.В табл. 4.2 представлено основні відмінності клітин із S- та R-колоній.Процес дисоціації, як правило, здійснюється в одному напрям-

ку — від S- до R-форми через проміжну О-форму, зворотний пе-рехід спостерігається рідко. Більшість патогенних бактерій маєвірулентність в S-формі, при переході в R-форму їхня віру-лентність знижується. Часто збудник виділяється на початку за-хворювання в S-формі, а наприкінці — в R-формі, що слід врахо-вувати при бактеріологічній діагностиці.Деякі бактерії, навпаки, є вірулентними в R-формі. До них на-

лежать збудники чуми, туляремії, сибірки, туберкульозу, диф-терії, стрептокока і деякі інші.В процесі дисоціації водночас із зміною морфології колоній

змінюються біохімічні, антигенні, патогенні та інші властивості

82

бактерій. Дисоціація розглядається як стереотипна пристосу-вальна реакція бактерій на вплив несприятливих факторів сере-довища. S-R-дисоціація забезпечує бактеріям селективні пере-ваги в умовах існування, що постійно змінюються. S-форми, на-приклад, більш стійкі до фагоцитозу, дії бактерицидних чинниківкрові, R-форми — більш стійкі в зовнішньому середовищі.Механізм дисоціації пов’язаний з мутаційною мінливістю, най-

частіше спричиненою проявом дії позахромосомних генетичнихфакторів.Своєрідною формою мінливості є перехід бактерій в L-форму

(L-форми дістали таку назву тому, що були відкриті в інститутіім. Д. Лістера). При переході бактерій у L-форму вони втрача-ють здатність утворювати клітинну стінку, перетворюються нагігантські кулі, які розшнуровуються на дрібні, авізуальні фор-ми, що фільтруються. У подальшому такі цикли розвитку мо-жуть повторюватися. L-форми ростуть на живильних середови-щах, утворюючи дрібні, що вростають в агар, колонії з щільним

Таблиця 4.2. Властивості клітин з S- і R-колоній

S-тип R-тип

Колонії гладенькі, правильні, Колонії шорсткі, нерівні, спло- опуклі щені

Колонії утворюють дочірні Рідко утворюють дочірні вузликивузлики

У рухомих видів є джгутики У рухомих видів джгутиків можене бути

У капсульних видів добре Капсули можуть не утворюватисяпомітний слизовий шар

За біохімічними властивос- За біохімічними властивостямитями більш активні менш активні

У більшості патогенних Слабо або зовсім не вірулентнавидів вірулентна стадія стадія

Звичайно виділяється у гост- Пов’язаний здебільшого з хро-рому періоді захворювання нічними формами захворювання

та здоровим носійством

Чутливі до фага Менш чутливі до фага

Фагоцитуються слабо Легко фагоцитуються

83

центром і пінявою периферією. L-формам належить важлива рольу патології, тому що у такій формі бактерії можуть довго збері-гатися в організмі людини. Описано L-форми більшості бактерій,патогенних для людини. Можлива реверсія L-форм у початко-вий вид.Як видно із таблиці, спостерігається мінливість усіх ознак,

які вивчаються при ідентифікації бактерій. Особливе значеннядля одержання вакцин має мінливість біологічних властивостейбактерій. Мінливість чутливості до лікарських препаратів хочай є несуттєвою для ідентифікації бактерій, проте відіграє важли-ву роль при антибіотикотерапії і хіміотерапії.Діапазон мінливості може бути різноманітним, переважно

внутрішньовидова неспадкова і спадкова форми мінливості, про-те еволюційний процес триває й нині, хоча часто може бути не-помітним.

3. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ГЕНЕТИКИМІКРООРГАНІЗМІВ

Перш ніж охарактеризувати механізми мінливості бактерій,нагадаємо деякі основні поняття загальної генетики, уточнившиїх щодо генетики мікроорганізмів.Основним поняттям генетики є поняття про ген.Ген — функціональна і структурна одиниця генотипу (ділянка

молекули нуклеїнової кислоти), що контролює синтез одного полі-пептидного ланцюга.Матеріальною основою спадковості мікроорганізмів, як і у

всіх живих істот, є нуклеїнові кислоти. У мікроорганізмів геномможе бути представлений як ДНК, так і РНК (у деяких вірусів),тому йдеться про молекулу нуклеїнової кислоти в загальномувигляді. Еволюція поняття ген йшла від формули «один ген —одна ознака» до «один ген — один білок» і «один ген — одинполіпептидний ланцюг». Багато функціонально активних білківскладаються з кількох поліпептидних ланцюгів, причому синтезкожного з них може управлятися різними генами. Наприклад,синтез імуноглобуліну може потребувати трьох груп генів.Генотип — система самовідтворювальних структур (генів), які

контролюють обмін речовин і здійснюють передачу ознак у рядіпоколінь. У цьому визначенні підкреслюється функція генотипу.

84

Фенотип — комбінація ознак у конкретних умовах існування.У фенотипі виявляється лише частина ознак, закладених у гено-типі, тому потенційні можливості генотипу завжди ширші за фе-нотипічний прояв ознак.Генетика мікроорганізмів — це популяційна генетика. Вона

вивчає звичайно властивості не окремих особин, а популяції мікро-організмів. Це пов’язано не стільки зі складністю вивчення вла-стивостей окремих мікроорганізмів, скільки з тим, що мікробніпопуляції завжди гетерогенні і містять мікроорганізми, які інко-ли суттєво відрізняються за рядом ознак. Швидке розмноженнямікроорганізмів, гаплоїдність генів, відсутність надійних ме-ханізмів стабілізації генетичного матеріалу спричинюють швидкумінливість мікробів, тому навіть клонові культури невдовзі ста-ють гетерогенними.Ген виконує дві функції — автокаталітичну (самовідтворення

для збереження ознак у ряді поколінь) і гетерокаталітичну (керу-вання обміном речовин через керування біосинтезом білків фер-ментів).Автокаталіз здійснюється шляхом реплікації нуклеїнових кис-

лот. Якщо геном представлений двоспіральною ДНК (убільшості мікроорганізмів), то реплікація відбувається за на-півконсервативним типом: молекула ДНК роздвоюється на двіспіралі і йде добудова відсутньої комплементарної спіралі задопомогою ДНК-полімерази, відкритої А. Корнбергом у E. coli.В результаті утворюються дві дочірні молекули ДНК, одна зяких містить одну материнську і одну щойно синтезовану дочір-ню нитки ДНК.Віруси можуть містити односпіральну РНК, у цьому випадку

спочатку відбувається утворення реплікативної двоспіральноїмолекули РНК у результаті добудови комплементарної ниткиРНК, а потім вже йде синтез молекул РНК вірусу. У випадкудвоспіральності РНК або односпіральності ДНК у деяких вірусівреплікації відбуваються аналогічно. У будь-якому випадку зарахунок дотримання принципу комплементарності відбуваєтьсяточне копіювання структури геному і збереження генів у рядіпоколінь.Гетерокаталіз реалізується через перенесення спадкової

інформації від гена на структуру поліпептидного ланцюга. Змістгенетичної інформації — визначення порядку включення аміно-кислотних замісників у пептидний ланцюг — записаний у вигля-ді генетичного коду в молекулі ДНК або РНК.

85

Генетичний код характеризується такими ознаками:1. Триплетний (одну амінокислоту кодують три нуклеотиди),

що доведено під час вивчення потрійних мутантів фагів (вірусів,бактерій). Наприклад, перший відкритий триплет (УУУ) кодуєвключення фенілаланіну.

2. Не перекривається (нуклеотид, що входить до одного трип-лету, не може брати участь в утворенні наступного триплету).

3. Не має ком (триплети нічим не розділяються, випадінняодного нуклеотиду робить непотрібною наступну інформацію,але при випадінні повністю одного триплету зміст інформаціїможе не загубитися, лише в цьому місці буде відсутня одна амі-нокислота).

4. Вироджений (одну амінокислоту можуть кодувати кількарізних триплетів, що забезпечує велику стійкість генетично-

ДНК-полімеразареплікуєДНК

Початок гена Кінець гена

Поліпептиднийланцюг, якийсинтезується

Трансляція м-РНК нарибосомахСубодиниці рибосом

з’єднуються з м-РНК

Субодиницірибосомі готовийполіпептиднийланцюгвідділяютьсявід м-РНК

РНК-полімераза і м-РНКвідділяються від кінцягена

м-РНК

30 S50 S

Рис. 4.1. Схема роботи гена (за D. Greenwood, R. Slack, J. Peutherer)

РНК-полімераза приєднується до ДНКі починає транскрипцію м-РНК

86

го коду, не всяка зміна триплету змінює зміст інформації).Перенесення спадкової інформації відбувається згідно з фор-

мулою Ф. Крика: ДНК →→→→→ РНК →→→→→ білок (рис. 4.1).До цієї формули тепер додано процес зворотної транскрипції

— побудова ДНК-ової копії РНК за допомогою РНК-залежноїДНК-полімерази, відкритої у онкогенних вірусів Г. Теміним(1970). Процес транскрипції (побудова інформаційної РНК) ітрансляції (реалізації генетичної інформації у структурі пептид-ного ланцюга) вже було розглянуто.Регуляція біосинтезу білка здійснюється також генетично, за

принципом зворотного зв’язку (рис. 4.2).Генетичний матеріал поділяється на оперони, що включають

гени-регулятори, гени-оператори і структурні гени. Ген-регуля-тор несе інформацію про синтез регуляторного білка-репресо-ра, здатного пригнічувати функціонування структурних генів за

Рис. 4.2. Схема роботи оперона (за D. Greenwood, R. Slack,J. Peutherer)

Гени lac-оперона

ДНК

Репресор

РНК-полімераза неможе з’єднатися з р

Лактозасполучається зрепресором

РНК-полімеразатепер можез’єднатися з р

Репресор + лактазавідділяється від ДНК

Тепер може відбуватисятранскрипція ітрансляція структурнихгенів (z, y, a)

1

2

3

4

5

87

рахунок сполучення з геном-оператором (промотором), якщо вінне з’єднаний з субстратом. При появі субстрату (наприклад, лак-този), білок-репресор з’єднується з ним і в такому стані не здат-ний репресувати гени, структурні гени депресуються, відбуваєть-ся синтез ферментів, необхідних для розщеплення субстрату.Якщо оперон управляє ферментами, які забезпечують синтез, ане розщеплення будь-якої речовини, то білок-репресор пригнічуєген-оператор лише тоді, коли він поєднаний з цією речовиною(вони містяться у надлишку). Теорія генної регуляції біосинтезубілка була створена Ф. Жакобсом і Ж. Моно при вивченні лак-тозного оперону E. сoli.Виходячи з такого процесу регуляції біосинтезу, зрозуміло,

що частина генів може перебувати у репресованому стані, а фун-кціонують лише гени, які забезпечують необхідні метаболічніпроцеси в даних умовах.

4. ОРГАНІЗАЦІЯ ГЕНЕТИЧНОГОМАТЕРІАЛУ БАКТЕРІЙ

На відміну від хромосоми еукаріот, спадковий матеріал прока-ріот представлений однією молекулою ДНК, нерідко замкненоюу кільце. Молекулярна маса ДНК бактерій порівняно велика (уДНК кишкової палички вона дорівнює 2·109). Генетичний матері-ал бактерій називають бактеріальною хромосомою (нуклеоїдом).Окрім нуклеоїду, генетичний матеріал у бактерій може міститисяв плазмідах, транспозонах й Is-послідовностях. Ці позахромосомніспадкові елементи не є обов’язковими, але можуть надавати бак-теріям селективних переваг, наприклад, лікарської стійкості.Плазміди — позахромосомні генетичні елементи. Це невеликі,

замкнені в кільце нитки ДНК з 1,5–400 тис. пар нуклеотидів. Плаз-міди можуть перебувати у цитоплазмі в автономному, вільномустані у вигляді однієї або кількох копій, тоді вони реплікуютьсянезалежно від хромосоми. Плазміди також можуть бути вбудо-вані до складу хромосоми, тобто перебувати в інтегрованомустані (епісоми). В цьому випадку вони відтворюються разом ізхромосомою і передаються в ряді поколінь. Бактерії можуть втра-чати плазміди і отримувати їх. Плазміди містять у своєму складіген, який забезпечує їхню здатність до передачі іншим бактері-альним клітинам, і гени, які кодують певну ознаку.

88

Нині описано кілька десятків плазмід. Розглянемо деякі з них:профаг, F-плазміда, плазміди бактеріоциногенності і R-плазміда.Профаг може служити моделлю плазміди, оскільки здатний

існувати в автономному й інтегрованому стані і не є обов’язко-вим генетичним елементом бактерій. З інтегруванням профагу вбактеріальну хромосому і набуттям бактеріями лізогенних влас-тивостей одночасно у бактерій можуть проявлятися нові влас-тивості, привнесені профагом. Цей процес називають лізоген-ною конверсією. Наприклад, дифтерійна паличка є токсигенноюлише тоді, коли вона лізогенна (токсигенна конверсія).

F-плазміда, або статевий фактор (фактор фертильності, пло-довитості), має молекулярну масу близько 60·106, контролює син-тез статевих ворсинок. Бактеріальна клітина, яка має F-плазмі-ду, утворює кон’югативні ворсини, за допомогою яких встанов-люється зв’язок між F+ (чоловічими) та F– (жіночими) клітинамиі за якими відбувається передача генів під час кон’югативногопроцесу (аналог статевого процесу у бактерій). При видаленніF-плазміди клітини втрачають властивості донорів генів і набу-вають властивостей реципієнтів — перетворення чоловічої осо-бини на жіночу. Процес кон’югації забезпечує бактеріям мож-ливість обміну генами, що є одним із важливих факторів отри-мання селективних переваг при зміні умов існування.Бактеріоциногенні плазміди контролюють синтез антибіотич-

них речовин бактеріоцинів. Ці речовини згубно діють на бак-терії того ж або близьких видів, які не мають фактора бактеріо-циногенності. Бактеріоцини виявлено у багатьох бактерій — киш-кових (коліцини), палички чуми (пестицини), стафілококів (ста-філоцини) та ін. Якщо клітина продукує бактеріоцин, вона гине,але бактеріоцини, що утворилися, впливають на формуваннямікробних асоціацій. Коліцини кишкової палички, наприклад,мають антагоністичну дію щодо патогенних представників киш-кової родини.Вивчення бактеріоциногенності допомагає при типуванні бак-

терій: розрізняють бактеріоциногеновари (варіанти бактерій завластивістю продукувати певний варіант бактеріоцину) і бакте-ріоциновари (варіанти бактерій за чутливістю до різних бактеріо-цинів). Це є інструментом епідеміологічного аналізу, оскількидає можливість визначати джерела інфекції.

R-плазміда, фактор лікарської стійкості — визначає стійкістьбактерій до одного або багатьох лікарських препаратів. Пере-дача R-плазмід від одних бактерій до інших спричинює їх широ-

89

ке розповсюдження не лише серед патогенних, а й умовно-пато-генних бактерій завдяки тому, що їх наявність надає селективніпереваги в умовах широкого застосування антибіотиків. У грам-негативних бактерій передача R-плазмід може здійснюватися прикон’югації, у грампозитивних — частіше шляхом трансдукції (пе-ренос за допомогою помірного фага).Транспозони — це послідовності кількох тисяч пар нуклео-

тидів, які несуть генетичну інформацію для транспозиції — пе-реміщення всередині бактеріальної хромосоми або з хромосомина плазміди й навпаки. Транспозони не здатні до самостійноїреплікації, відтворюються лише у структурі хромосоми. Привключенні їх у бактеріальну ДНК вони спричинюють у ній подво-єння ділянок, при переміщенні — делеції (випадіння) та інверсії(зворотний порядок нуклеотидів частини нуклеїнової кислоти),що призводить до мутацій. Транспозони можуть містити гене-тичну інформацію для синтезу бактеріальних токсинів і фер-ментів.

Is-послідовності (англ. insertion — вставка, sequence — по-слідовність) — це фрагменти ДНК довжиною в 100 і більше парнуклеотидів, які містять інформацію лише для транспозиції, пе-реміщення в різні ділянки ДНК. При переміщенні Is-послідовно-стей змінюється функціонування хромосомних генів — вони мо-жуть інактивуватися або ж експресуватися, в них можуть вини-кати мутації.Отже, у бактерій генетичний матеріал організовано відповід-

но до загальнобіологічних закономірностей, але є деяківідмінності: функцію матеріальної основи спадковості деякихвірусів можуть виконувати РНК, у генетичних процесах у бак-терій важливу роль можуть відігравати позахромосомні факто-ри — плазміди, транспозони, Is-послідовності.

5. МУТАЦІЙНА Й АДАПТИВНА ФОРМИМІНЛИВОСТІ МІКРООРГАНІЗМІВ

Мутаційна мінливість

Мутації — швидкі, ненаправлені, випадкові зміни властивос-тей мікроорганізмів, пов’язані зі змінами в генотипі. Їх умовноподіляють на спонтанні та індуковані.

90

Спонтанні мутації відбуваються з невеликою частотою(10–4_10–10). Вони виникають під впливом різноманітних причин:мутагенного фону випромінювань, помилок у реплікації нуклеї-нових кислот, включення в бактеріальну хромосому плазмід,транспозонів, Is-послідовностей тощо.Індуковані мутації виникають під впливом мутагенних фак-

торів (рентгенівське, γ-, ультрафіолетове випромінювання, діярадіоміметиків) з більшою частотою (10–4–10–2). Мутагени немають специфічної дії, можуть спричинювати мутаційні зміни врізних генах із різними наслідками.Мутації можуть бути нейтральними (не виявляються у фено-

типі), умовно-летальними та летальними (з повною втратою жит-тєздатності). Внаслідок мутацій змінюються властивості мікро-організмів, наприклад, здатність продукувати певні ферменти,чутливість до лікарських препаратів тощо.

Адаптивна мінливість

Адаптивна мінливість (модифікаційна) — це фенотипічні зміниознак мікроорганізмів, які не супроводжуються змінами струк-тури геному і незабаром втрачаються. Вони є пристосувальни-ми у відповідь на мінливі умови навколишнього середовища ізумовлені індукцією або репресією відповідних генів.Яскравим прикладом модифікації може служити утворення під

впливом пеніциліну L-форм бактерій, здатних реверсувати у по-чаткову форму після припинення дії пеніциліну. Модифікаційнізміни не успадковуються, тому що не пов’язані зі структурнимизмінами генотипу.На розвиток генетики у нашій країні негативно вплинуло па-

нування «школи» академіка Т. Д. Лисенка. Послідовники цьогоантинаукового напрямку вважали за можливе успадкування на-бутих ознак безвідносно до хромосомної спадковості. Відповід-но й еволюційний процес можна було розглядати як процес по-ступових змін, пристосування до мінливих умов існування. Прицьому можливість успадкування набутих ознак визнавалась без-доказово.Наведемо один із можливих шляхів доказу ролі селекції му-

тантів — тест реплік (рис. 4.3). Суть його така. Роблять посів нагусте живильне середовище у чашці Петрі культури бактерій,чутливої до стрептоміцину, потім піддають дії рентгенівськоговипромінювання та інкубують у термостаті. Виростає якась

91

кількість колоній. Далі за допо-могою стерильного оксамито-вого диска пересівають колоніїна поверхню живильних середо-вищ без стрептоміцину і зістрептоміцином, інкубують утермостаті. На середовищі безстрептоміцину виростає така жкількість колоній і з тим самимвзаєморозміщенням, як і впершій чашці Петрі, а на сере-довищі зі стрептоміцином виро-стають колонії лише в тому ви-падку, якщо внаслідок мутацій-них змін з’явилася хоча б однамутантна клітина, стійка дострептоміцину. Можна знайтианалогічну колонію на середо-вищі без антибіотика, пересія-ти на скошений агар і одержа-ти культуру мікроорганізму,повністю стійку до стрептомі-цину.Таким чином, без дії анти-

біотика, лише під впливом не-адекватної причини — мутаге-ну — можна селекціонуватилікарсько-стійку форму мікро-організмів. У цьому разі одер-жана зміна успадковується, ос-кільки пов’язана зі зміною в ге-нотипі.Таким чином, на прикладі

мікроорганізмів можна одержа-ти наочну модель швидкогонабуття нових спадкових влас-тивостей за рахунок селекціїмутантів за корисними ознака-ми, що і становить основу ево-люційного процесу.

Rö

Культивування Реплікатор

Культивування

Колоніїстрептоміцин-резистентногомутанта

Культурастрептоміцинрезистентногомутанта

Рис. 4.3. Схема реплікаційноготесту

92

6. КОМБІНАТИВНА ФОРМАМІНЛИВОСТІ

На відміну від еукаріот, у яких у процесі статевого розмноженнявідбувається взаємний обмін фрагментами чоловічих і жіночих ста-тевих клітин, у прокаріот немає статевого розмноження. Однак ге-нетичний обмін з утворенням рекомбінаційних генів між мікроор-ганізмами є можливим і необхідним. Рекомбінація у прокаріот мож-лива в результаті внутрішньогеномних перебудов, а також при про-никненні в клітину-реципієнт частини ДНК клітини-донора, внаслі-док чого утворюється неповна зигота — мерозигота.Комбінативна форма мінливості є геномною, вона успадко-

вується і може відбуватися при процесах трансформації, транс-дукції (а також лізогенної конверсії) і кон’югації.Трансформація — перетворення одного різновиду бактерій в

інший у результаті безпосередньої передачі фрагмента ДНК відклітини-донора до клітини-реципієнта. Трансформацію буловідкрито Ф. Гріффітсом (1928) у дослідах зараження мишей су-мішшю безкапсульного, тому авірулентного, пневмокока II типуз капсульним, вірулентним, але вбитим нагріванням пневмоко-ком ІІІ типу. Миші гинули від пневмококової септицемії, причо-му із крові й органів виділялися живі капсульні пневмококи ІІІтипу. Ф. Гріффітс довів, що перетворення безкапсульного пнев-мокока на капсулоутворювальний відбувається під впливом якоїсьхімічної речовини із вбитих пневмококів IІІ типу. О. Ейвері,К. Мак-Лауд і К. Мак-Карті встановили (1944), що трансформу-ючим агентом є ДНК. Нині доведено, що під час трансформації,яка відбувається як в експериментальних, так і в природних умо-вах, бактерія-реципієнт одержує невеликий фрагмент ДНК до-нора, який зазвичай містить один ген. Цей фрагмент включаєть-ся до структури хромосоми реципієнта, привносячи нову спад-кову ознаку. Процес трансформації є важливим механізмомміжгеномного обміну у бактерій, розширює адаптивні можли-вості мікроорганізмів.Трансдукція — перенесення спадкових ознак за допомогою

бактеріофага. При репродукції фага у бактеріальній клітині вмомент збирання фагових часток у голівку фага може проникну-ти фрагмент ДНК бактерії-донора (таких фагів може бути близько0,3 % усього потомства). При проникненні такого фага в кліти-ну-реципієнт не відбувається лізису бактерій, бо фаг виявляєть-

93

ся дефектним внаслідок втрати частини свого геному, але генидонора рекомбінують із хромосомою реципієнта й останній от-римує нові гени і, відповідно, нові спадкові ознаки. При транс-дукції переносяться будь-які гени (наприклад, ті, що відповіда-ють за синтез амінокислот, резистентність до антибіотиків тощо).При трансдукції звичайно не відбувається лізогенізації, по-

в’язаної з вбудовою геному фага в бактеріальну хромосому, ут-воренням профага. Лізогенна конверсія, зумовлена профагом,також є одним із механізмів комбінативної мінливості бактерій.Кон’югація — перенесення спадкових ознак з клітини-донора

до клітини-реципієнта при їх безпосередньому контакті, схрещу-ванні (цей процес було розглянуто при характеристиці F-плазмі-ди). Саме кон’югація, мабуть, є головним механізмом комбіна-тивної мінливості у бактерій у природних умовах. Цей процес,зокрема, було використано як основний інструмент генетичногоаналізу, за допомогою якого встановлено послідовність розмі-щення генів у хромосомі деяких бактерій (E. сoli).Отже, різноманітні молекулярно-генетичні механізми зміни

генотипу мікроорганізмів (мутаційний і комбінативний) забезпе-чують появу генетично змінених клітин і створення гетероген-них популяцій мікроорганізмів, з яких шляхом селекціонування вмінливих умовах середовища відбувається формування новихваріантів і поступово здійснюється еволюційний процес утворен-ня нових видів мікроорганізмів.

7. ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ГЕНЕТИКИМІКРООРГАНІЗМІВ І ГЕННА ІНЖЕНЕРІЯВ МЕДИЧНІЙ МІКРОБІОЛОГІЇ

Вчення про генетику мікроорганізмів стало основою форму-вання молекулярної біології і молекулярної генетики, встанов-лення фундаментальних законів успадкування і мінливості,організації матеріальної основи спадковості.Знання механізмів спадковості і мінливості у мікроорганізмів

відіграє важливу роль у розумінні утворення нових різновидівмікроорганізмів, у тому числі й патогенних для людини, під впли-вом взаємодії з макроорганізмом, його імунною системою, фа-гами, антибіотиками й антимікробними хіміопрепаратами. Цеособливо важливо для розуміння процесів зміни патогенності

94

мікроорганізмів, характеру взаємовідносин між збудником іорганізмом хазяїна, формування внутрішньолікарняних інфекційі зміни перебігу інфекційних процесів у сучасних умовах. Важли-вим прикладом значення генетики мікроорганізмів є використан-ня її законів для одержання нових вакцинних штамів, штамів-продуцентів антибіотиків, інших лікарських препаратів із мікро-організмів.Досягнення генетики мікроорганізмів дозволили створити но-

вий розділ науки і практики — генну інженерію, яка займаєтьсяконструюванням нових генетичних структур за рахунок штучно-го комбінування генів.Загальний принцип створення нових генів із окремих генетич-

них елементів можна представити таким чином. ДНК, яка несепотрібний ген, і ДНК вектора-переносника (наприклад, плазміди,фаги або віруси тваринних клітин) обробляють ферментами рест-риктазами, які розрізають ДНК у точно визначеній ділянці з утво-ренням однониткових комплементарних «липких» кінців. Потім задопомогою полінуклеотидлігази зшивають такі фрагменти в однурекомбінативну молекулу ДНК, яка містить потрібний ген і век-тор, що забезпечує реплікацію цієї молекули в клітині. Далі ре-комбінантну молекулу вводять методом трансформації в клітиниE. coli, дріжджів або в клітини тварин. При культивуванні такихклітин одержують продукцію потрібних речовин. Наприклад, задопомогою генної інженерії одержані штами E. coli, які продуку-ють людський інсулін, віруси вісповакцини, що містять гени длясинтезу антигенів вірусу гепатиту В, BIЛ та ін., дріжджі, які син-тезують гормони і медіатори імунної системи тощо.Утворення генно-інженерних бактерій потребує виконання

таких основних кроків (рис. 4. 4):1. ДНК, що містить індивідуальний ген, який використовуєть-

ся для трансплантації, має бути виділена з організму донора абоможе бути синтезована з нуклеотидів у лабораторних умовах.

2. Повинна бути виділена плазмідна ДНК (екстрахромосом-на циклічна ДНК), яка слугує вектором для перенесення індиві-дуального гена.

3. Донорську і плазмідну ДНК обробляють ферментом (рест-рикційною ендонуклеазою), що розщеплює або розрізає ДНК так,щоб утворилися комплементарні розгорнуті кінці («липкі» кінці).Вони можуть з’єднуватися з іншими фрагментами ДНК, що ма-ють такі ж комплементарні «липкі» кінці.

4. «Липкі» кінці уламка донорської ДНК сполучаються з «лип-кими» кінцями плазмідної ДНК, формуючи таким чином моди-

95

фіковану плазміду з фрагментом ДНК-донора.5. Плазміду додають до суспензії бактерій-реципієнтів, які

сприймають плазміду в процесі трансформації. Ці бактерії, щомістять плазміду, ідентифікують та ізолюють.

6. Після цього ідентифікують колонії бактерій, що містятьплазміди, які мають ген або здатні виробляти продукт транс-плантованого гена.

7. Генно-інженерні бактерії розмножують у великій кількості,виділяють з культури і очищують продукт (білок) транспланто-ваного гена.

Рис. 4.4. Загальна схема отримання генно-інженерних бактерій

Донор ДНК Ген, який трансплантується

Бактеріальнахромосома

Екстракціяплазмідної ДНК

Плазміда

Розщеплення ендонуклеазою

донорської і плазмідної ДНК«Липкі» кінці

«Липкі» кінціІнтеграціяфрагментадонорської ДНКу плазміду

Плазміда укорінюється вбактерію-реципієнтавнаслідок трансформації

Бактерії розмножуються і продукують білок,що кодується новим геном

96

ЛЕКЦІЯ V

УЧЕННЯ ПРО ІНФЕКЦІЮ

1. Визначення предмета вчення про інфекцію2. Поняття про збудник інфекційного захворювання3. Патогенність, вірулентність4. Фактори вірулентності5. Динаміка інфекційного процесу6. Форми інфекції. Їхня характеристика7. Еволюція мікробного паразитизму.Походження патогенних мікроорганізмів

Учення про інфекцію — один із найважливіших розділів нетільки медичної мікробіології, а й медицини взагалі. Лікар будь-якого фаху повинен знати основні положення і термінологію вчен-ня про інфекцію. Оскільки інфекційні захворювання широко роз-повсюджені серед людей, лікарю при виконанні своїх професій-них обов’язків часто доводиться зустрічатися з пацієнтами, в якихпоряд з будь-яким захворюванням неінфекційної (або тієї, щовважається неінфекційною) природи наявний інфекційний про-цес хронічного або гострого перебігу.Тому лікарю будь-якої спеціальності доведеться надавати

медичну допомогу таким хворим. Крім того, чимало неінфек-ційних хвороб нині розглядається як захворювання, в етіологіїі патогенезі яких визнається участь мікроорганізмів (наприк-лад, виразкова хвороба). Лікарю будь-якої спеціальності до-водиться боротися з внутрішньолікарняними або госпіталь-ними інфекціями, які є все більшою проблемою сучасної охо-рони здоров’я в усіх країнах. Медичні працівники є групоюризику за такими інфекційними захворюваннями, як гепатит В,СНІД тощо.Отже, лікар будь-якого фаху має бути добре обізнаним у пи-

таннях інфектології. Здобути такі знання можна на кафедрі мікро-біології, вірусології та імунології.

97

1. ВИЗНАЧЕННЯ ПРЕДМЕТА ВЧЕННЯПРО ІНФЕКЦІЮ

Учення про інфекцію — предмет вивчення особливої наукиінфектології. На жаль, основоположне поняття інфектології —поняття про інфекцію — є найбільш дискусійним питанням цьо-го учення. Існує велика кількість різних визначень терміна «інфек-ція», але всі вони викликають певні заперечення.Підручник К. Д. П’яткіна та Ю. С. Кривошеїна «Мікробіоло-

гія з вірусологією та імунологією» (1992) дає таке визначення:«Під терміном «інфекція» (лат. іnfectіo — зараження) розуміютьсукупність біологічних процесів, що відбуваються в макроор-ганізмі при проникненні в нього патогенних або умовно-пато-генних агентів, незалежно від того, спричинить це розвиток яв-ного або прихованого патологічного процесу чи призведе тількидо тимчасового носійства або тривалого персистування збудни-ка». Це достатньо повно охоплює поняття інфекції, але, на нашудумку, є надто докладним. Крім того, терміни «біологічні проце-си», «патологічний процес» недостатньо визначені.Підручник В. Д. Тимакова, В. С. Левашова, Л. Б. Борисова

«Микробиология» (1983) наводить ще докладніше визначення:«Інфекція, або інфекційний процес — це сукупність фізіологіч-них і патологічних процесів, що виникають і розвиваються ворганізмі при проникненні в нього патогенних мікробів, котріспричинюють порушення сталості його внутрішнього середови-ща і фізіологічних функцій».Підручник «Медицинская микробиология, вирусология, им-

мунология» під ред. Л. Б. Борисова та А. М. Смирнової (1994)наводить аналогічне визначення, але словосполучення «су-купність фізіологічних і патологічних» доповнюється словами«адаптаційних і репараційних». Така деталізація навряд чи до-дає точності, а включення у визначення інфекції поняття «пору-шення сталості його внутрішнього середовища і фізіологічнихфункцій» взагалі робить визначення неясним. Існують формиінфекції, які зовнішньо ніяк не виявляються протягом тривалогочасу. Про яке ж порушення сталості внутрішнього середовищаможе йти мова у таких випадках?У наведених визначеннях не проводиться різниця між інфек-

цією та інфекційним процесом, з чим цілком можна погодитися,оскільки розділення цих понять не є принциповим і лише усклад-нює розуміння вчення про інфекцію.

98

Узагальнюючи думку різних авторів з цього питання, дамопростіше, але від того не менш точне і повне визначення понят-тя інфекції.Інфекція — проникнення і розмноження патогенного мікроор-

ганізму в сприйнятливому макроорганізмі.Поняття інфекційний процес можна ототожнювати з понят-

тям інфекції або розуміти під ним просто процес укорінення ірозмноження патогенного мікроорганізму в сприйнятливому мак-роорганізмі.У такому визначенні, по-перше, підкреслюється, що немає

інфекції без проникнення (укорінення, рос. внедрение). Розмно-ження непатогенного мікроорганізму (наприклад, представниканормальної мікрофлори) не є інфекцією, бо при цьому мікроор-ганізм не укорінюється в тканини макроорганізму, розмноженнямікроба відбувається в природному біотопі в контрольованихумовах без порушення природних бар’єрів макроорганізму.Але не існує інфекцій й без розмноження мікроорганізму,

отже, якщо мікроорганізм після потрапляння в макроорганізмбуде одразу знищено, то інфекція не розвивається, як не розви-вається вона при потраплянні в організм людини з їжею і по-вітрям значної кількості мікроорганізмів. Не розвиваєтьсяінфекція і після потрапляння патогенного мікроорганізму в імун-ний, тобто несприйнятливий організм, оскільки він не зможеукорінитися і розмножитися, гинучи під дією захисних механізмівімунного організму. Немає інфекції і при потраплянні мікроор-ганізму, патогенного для певного виду, в макроорганізм не-сприйнятливого виду.Ось чому не можна говорити лише про потрапляння патоген-

ного мікроорганізму в макроорганізм, як дехто вважає, безпідкреслювання процесу проникнення. Потрапляння не можнаототожнювати з проникненням. Якщо ж йдеться про проникнен-ня, заглиблення патогенного мікроорганізму в сприйнятливиймакроорганізм, вказують на обов’язковість проникнення і конк-ретні взаємовідносини мікроорганізму з певним макроорганіз-мом. Мається на увазі, що мікроорганізм, патогенний для дано-го макроорганізму, є таким не лише щодо біологічного виду обохучасників інфекційного процесу, а даний мікроорганізм є пато-генним для даного макроорганізму і укорінюється в його ткани-ни, навіть якщо він вважається непатогенним. Це, наприклад,

99

Фактори навколишнього середовища

В з а є м о д і я

Хазяїн Паразит

Рис. 5.1. Фактори інфекційного процесу

може бути при імунодефіциті, коли інфекційний процес частоспричинюється мікроорганізмами, непатогенними для людей знормальною функцією імунної системи.Лікарі нерідко вживають термін інфекція для позначення інфек-

ційного агента, мікроорганізму: «...в рану була внесена інфек-ція». Це неправомірне звуження широкого поняття інфекція, щовключає взаємодію трьох факторів, лише одним з яких є мікро-організм — збудник.За П’яткіним, інфекція (інфекційний процес) — це еволюційно

утворена форма взаємодії патогенного мікроорганізму зі сприйнят-ливим макроорганізмом в певних умовах зовнішнього та соціаль-ного середовища, крайнім ступенем якої є інфекційна хвороба.Лише одночасна участь усіх трьох зазначених факторів

(мікроорганізм, макроорганізм, умови зовнішнього і соціаль-ного середовища) забезпечує розвиток інфекційного процесу(рис. 5.1).Інфекційне захворювання (інфекційна хвороба) — крайній

ступінь прояву інфекційного процесу, що характеризується, навідміну від неінфекційних захворювань, такими ознаками: спри-чинюється живим мікроорганізмом — збудником, заразне, тобтоздатне передаватися від хворих до здорових, має прихований,інкубаційний період і призводить до імунологічних змін в організмі,розвитку імунітету та алергії.Процеси, спричинені найпростішими та гельмінтами, назива-

ють не інфекціями, а інвазіями.

100

2. ПОНЯТТЯ ПРО ЗБУДНИКІНФЕКЦІЙНОГО ЗАХВОРЮВАННЯ

Збудник інфекційного захворювання — мікроорганізм, якийспричинює це захворювання.Поняття збудника розглядають у зв’язку з етіологією (причи-

ною) інфекційного захворювання (наприклад, збудником черев-ного тифу є Salmonella typhі).Учення про збудників інфекційних хвороб почало розвиватися

після робіт Л. Пастера в XІX ст. У той час набула популярностітріада Генле — Коха, згідно з якою мікроорганізм може визнава-тися збудником інфекційного захворювання у таких випадках:

1. Виявляється в усіх випадках цього захворювання і не зустрі-чається у здорових людей.

2. Його виділено у чистій культурі з організму хворого.3. Чиста культура цього мікроорганізму спричинює у піддат-

ливих тварин захворювання, схоже з хворобою людини.Свого часу ця тріада відіграла важливу роль у розвитку мікро-

біології і вчення про інфекційні захворювання, але сьогодні жо-ден із постулатів тріади не може вважатися абсолютно необхід-ним для визнання етіологічної причетності мікроорганізму. Так,існує «здорове» мікробоносійство, не всі збудники виділено вчистій культурі, не для кожного мікроорганізму-збудника знай-дено сприйнятливу тварину.Діагностуючи інфекційне захворювання, слід прагнути визна-

чити збудника захворювання у конкретного хворого.У такому випадку збудник — це мікроорганізм, який спричи-

нив захворювання у цього хворого.Збудник — це не просто патогенний мікроорганізм, виявле-

ний в організмі, а мікроорганізм, який спричинив захворювання,а це не завжди одне й те саме. При захворюванні, спричиненомуодним збудником, може виявлятися «здорове» носійство патоген-ного мікроорганізму іншого виду. Наприклад, здоровий носійпатогенного стафілокока може захворіти не на стафілококову,а крупозну пневмонію, яка спричинюється пневмококом. У цьо-му випадку виділення з мокротиння чистої культури стафілоко-ка і визнання його збудником пневмонії може призвести до по-милкового призначення антибактеріальної терапії без урахуваннясправжнього збудника, зокрема його чутливості до лікарськихпрепаратів.

101

В першу чергу збудниками хвороб є патогенні мікроорганіз-ми.Патогенні мікроорганізми — це мікроорганізми, здатні спричи-

нювати інфекційний процес.Частина патогенних мікроорганізмів спричинює інфекційні,

заразні хвороби, решта — захворювання, що не вважаютьсяінфекційними.Умовно-патогенні мікроорганізми — мікроорганізми, здатні

спричинювати захворювання лише за певних умов. Вони найчас-тіше є природними мешканцями організму людини і спричиню-ють захворювання при різкому зниженні загальної та місцевоїнесприйнятливості організму.Непатогенні (апатогенні) мікроорганізми — сапрофітні мікро-

організми, як правило, не здатні спричинювати захворювання.Сьогодні уявлення про належність мікроорганізмів до певних

груп змінюється. Нерідкі випадки, коли мікроорганізми, які вва-жалися раніше апатогенними, спричинюють захворювання.

3. ПАТОГЕННІСТЬ, ВІРУЛЕНТНІСТЬ

Патогенність — потенційна здатність певних мікроорганізмівспричинювати інфекційний процес.Патогенність — генотипова ознака, обумовлена відповідним

набором генів. Система генів контролює синтез мікроорганіз-мом біологічно активних речовин, які зумовлюють прояв пато-генних властивостей у сприйнятливому організмі. Патогенністьхарактеризується специфічністю, тобто здатністю спричинюва-ти типові для цього виду мікроорганізмів патологічні зміни ворганізмі та їх прояви при природних способах зараження. Цимвизначається клінічна картина інфекційних захворювань, якадозволяє лікарю ставити попередній діагноз на основі характер-них клінічних симптомів хвороби.Вірулентність — кількісна міра патогенності певного штаму

мікроорганізму. Це — фенотипічний прояв патогенного геноти-пу. Вірулентність обумовлена ступенем утворення факторів, щозумовлюють участь патогенного мікроорганізму в інфекційномупроцесі.Для характеристики вірулентних властивостей мікроорганізмів

використовують умовні одиниці вірулентності: Dlm, Dcl, Ld50.Dlm (Dosіs letalіs mіnіma) — мінімальна смертельна доза, яка

102

спричинює загибель близько 80 % піддослідних тварин.Dcl (Dosіs certa letalіs) — загибель 100 % заражених тварин.

Це найменш точна одиниця вірулентності.LD50 — доза, що спричинює загибель 50 % заражених тварин.

Є найточнішою, оскільки на графіку залежності процента заги-белі тварин від логарифма дози в зоні 50 % загибелі відмічаєть-ся пряма пропорційна залежність. Це дозволяє математично точ-но розрахувати LD50 за результатами експерименту (рис. 5.2).LD50 застосовують також у фармакології і токсикології для оці-нки токсичності лікарських препаратів та інших речовин.Вірулентність може широко варіювати у різних штамів одно-

го виду мікроорганізмів, що обумовлено різним ступенем утво-рення факторів вірулентності.

4. ФАКТОРИ ВІРУЛЕНТНОСТІ

Щоб мікроорганізм став учасником інфекційного процесу,йому необхідно після попадання в макроорганізм пройти такіетапи:

— прикріпитися до епітелію вхідних воріт, тобто мати адге-зивність (лат. adhaesio — прилипаю);

— проникнути (пенетрувати) у тканини організму — мати інва-зивність (лат. invasio — вторгнення);

Рис. 5.2. Графік залежності процента загибелі тварин від ло-гарифма дози мікроорганізмів

Загибель тварин

Логарифм дози

100 %

50 %

103

— розмножитися і поширитися в організмі, долаючи опір йогозахисних сил, бути агресивним (лат. aggressio — напад);

— спричинити ушкодження організму, щоб забезпечити мож-ливість свого розмноження в ньому, тобто бути токсичним.Отже, факторами вірулентності є адгезивність, інвазивність,

агресивність і токсичність.Інколи говорять ще про колонізацію (здатність розмножува-

тися на поверхні епітелію). Очевидно, немає необхідності виді-ляти ще й такий фактор вірулентності, оскільки розмноженнязбудника не завжди відбувається на епітелії вхідних воріт (маля-рія), а розмноження патогенного мікроорганізму в організмі ха-зяїна — це вже і є інфекція. Можливість розмноження збудниказабезпечується комплексом факторів вірулентності. Отже, ко-лонізація — це поширення збудника в організмі, стадія інфекцій-ного процесу, що відбувається після укорінення, а не фактор віру-лентності мікроорганізму.Адгезивність (прилипливість) забезпечується не стільки фізи-

ко-хімічними процесами фіксації за рахунок гідрофільно-гідро-фобних взаємодій поверхонь мікроорганізмів і клітин макроор-ганізму, скільки специфічною взаємодією спеціальних угрупованьна їх поверхні. У мікроорганізмі ці реагуючі угруповання нази-вають адгезинами, у клітин макроорганізму — рецепторами. Міжними відбувається комплементарна взаємодія, яка забезпечуєспецифічність адгезії. Тому спостерігається тропізм певних видівзбудників до певних тканин макроорганізму.Адгезини грамнегативних бактерій — це білки, зв’язані з вор-

синами (пілями) на поверхні бактеріальних клітин. У грампози-тивних бактерій адгезини представлені комплексами білків і ліпо-тейхоєвих кислот у клітинній стінці (розбіжності між грампози-тивними і грамнегативними бактеріями проявляються у багатьохсуттєвих біологічних властивостях, у тому числі в структурі ре-цепторів).Рецептори клітин поділяють таким чином: 1) нативні (завжди

містяться на поверхні епітеліальних клітин і взаємодіють з адге-зинами бактерій); 2) індуковані (виникають внаслідок репродукціївірусу в клітинах, в результаті чого, наприклад, при грипі наповерхні інфікованих клітин з’являється вірусний гемаглютинін,який служить рецептором для стафілокока й інших бактерій ди-хальних шляхів); 3) набуті (з’являються іноді і складаються зімуноглобулінів та інших білків, які утворюють своєрідні «містки»між адгезинами бактерій і клітинами макроорганізму).

104

Саме етап адгезії є початковим при будь-якому інфекційномупроцесі, що визначає результат взаємодії збудника з організмом.Щоб запобігти розвитку інфекційного процесу, прагнуть блоку-вати вірулентні властивості збудника саме на цьому етапі.Мікроб-збудник, що прикріпився, далі повинен укорінитися в

організмі, тобто проникнути (пенетрувати) крізь слизові та спо-лучно-тканинні бар’єри у підлягаючі тканини.Інвазивність збудника забезпечується продукцією ферментів,

які руйнують тканини. З курсу гістології відомо, що сполучнатканина складається з клітин, волокон і міжклітинної речовини.Багато патогенних мікроорганізмів продукує протеази, що роз-щеплюють міжклітинні зв’язки, нуклеази, які ушкоджують ядраклітин, лецитиназу, що діє на оболонки клітин. Продукція ней-рамінідази дозволяє багатьом бактеріям проникати всерединуклітин. Багато патогенних бактерій утворюють колагеназу таеластазу, які розщеплюють волокна сполучної тканини. Продук-ція гіалуронідази, яка розщеплює гіалуронову кислоту основноїречовини сполучної тканини, підвищує проникність тканин орга-нізму для збудника. Інвазивність є одним із проявів агресивностімікроорганізму.Агресивність збудника забезпечує йому здатність долати за-

хисні бар’єри організму, передусім — фагоцитування нейтрофі-лами та макрофагами. До таких факторів належить утвореннякапсули, полісахаридні й протеїнові компоненти якої роблятьмікроорганізм резистентним до фагоцитозу і дії комплементу. Уклітинній стінці можуть міститися речовини, які перешкоджа-ють фагоцитозу, — протеїн А стафілокока, протеїн М стрепто-кока, ліпополісахариди ентеробактерій. Наприклад, протеїн Астафілокока зв’язує неспецифічно антитіла (імуноглобуліни), щоробить їх нездатними активувати фагоцитоз.Раніше вважали, що деякі мікроорганізми продукують спеці-

альні речовини агресини (речовини Байля), які пригнічують фа-гоцитоз, не маючи самостійної токсичності. Мабуть, йдетьсяпро комплекс бактеріальних екзопродуктів з антифагоцитар-ною дією.При проникненні мікроорганізмів крізь поверхню ран важли-

ву роль відіграє виникнення запальної реакції макроорганізму звиділенням фіброзної плівки, яка перешкоджає укоріненню збуд-ника. Багато бактерій продукують фібринолізин, який розщеп-лює цю плівку. З іншого боку, продукування стафілококом плаз-мокоагулази спричинює швидке утворення фібринозної капсу-

105

ли навколо мікроорганізмів, що забезпечує їм захист від фаго-цитозу і гуморальних факторів резистентності макроорганізму,доки мікроби, що розмножилися, за допомогою фібринолізинуне розщеплять фібринозну плівку і не вийдуть у тканини.Токсичність мікроорганізмів-збудників обумовлюється утво-

ренням отруйних речовин — токсинів. Сьогодні розроблена кла-сифікація бактеріальних токсинів на групи за механізмом їхньоїдії і міцністю зв’язку з бактеріальною клітиною. Відповідно ток-сини (екзотоксини) поділяють на цитотоксини, мембранотокси-ни, функціональні блокатори, а також ексфоліатини та еритро-геніни. Більш докладно токсини буде розглянуто в курсі спеці-альної медичної мікробіології. Для розуміння загальних особли-востей токсичної дії бактеріальних продуктів, вивчення загаль-них питань інфекції та імунітету достатньо обмежитись тради-ційним поділом токсинів на екзо- та ендотоксини.В табл. 5.1. наведені основні ознаки екзо- та ендотоксинів.Екзотоксини — токсини білкової природи, які досить легко

дифундують із бактеріальної клітини, накопичуються у культу-ральному середовищі й надходять у тканини і рідини макроор-ганізму.

Таблиця 5.1. Порівняльна характеристикабактеріальних токсинів

Екзотоксини Ендотоксини

Білки, деякі мають властивості Глюцидо-ліпідно-протеїновіферментів, отримані в кристаліч- комплексиному стані

Продукуються бактеріями на- Міцно зв’язані з тілом бактерійзовні і виділяються при їх розпаді

Високотоксичні, характеризу- Менш токсичні, токсична діяються вибірковістю дії різних ендотоксинів

практично не розрізняється

Термолабільні Термостабільні

Переходять в анатоксини під Під дією формаліну в анатоксинидією формаліну не переходять

Повністю нейтралізуються Нейтралізація антитіламиантитілами-антитоксинами неповна

106

Ендотоксини міцно пов’язані з бактеріальною клітиною, мо-жуть виділятися лише при її розпаді.Токсигенні бактерії — бактерії, які продукують екзотоксини.

Ендотоксичність властива всім патогенним бактеріям. Токсиген-ними бактеріями є палички дифтерії, клостридії правця, ботуліз-му, анаеробної інфекції, стафілокок, холерний вібріон тощо.

5. ДИНАМІКА ІНФЕКЦІЙНОГОПРОЦЕСУ

У розвитку інфекційного процесу розрізняють 4 періоди.Інкубаційний період (лат. incubo — перебуваю в спокої) — час

від проникнення збудника до перших клінічних проявів захворю-вання. Тривалість цього періоду залежить, у першу чергу, відбіологічного виду збудника. Наприклад, при грипі інкубаційнийперіод короткий — від 12 до 72 год, при лепрі — може триватикілька років. Тривалість інкубаційного періоду залежить від віру-лентності збудника, кількості збудника, що проник у організм,вхідних воріт, стану макроорганізму. Здебільшого при інфекцій-них захворюваннях інкубаційний період триває 2 тиж.Продромальний період (грец. prodromos — предтеча) — період

передвісників захворювання, коли виникають перші, інколи не-виразні симптоми хвороби. Лише при деяких захворюваннях (на-приклад, кір) у продромі наявні характерні ознаки.Розпал хвороби — період основних клінічних проявів захво-

рювання.Кінець хвороби — період закінчення інфекційного процесу.

Кінці можуть бути різними: реконвалесценція (одужання), леталь-ний кінець (смерть), хронізація процесу (перехід у хронічне захво-рювання), перехід у здорове мікробоносійство (збереження і ви-ділення збудника з організму за відсутності клінічних проявівзахворювання).Збудник проникає в сприйнятливий макроорганізм через вхідні

ворота. Ними можуть бути ушкоджена шкіра, слизові оболонкидихальних шляхів, шлунково-кишкового тракту, сечовивіднихшляхів, плацента. Далі він поширюється в макроорганізмі різни-ми шляхами: гематогенним (з кров’ю), лімфогенним (через лімфа-тичну систему), нейрогенним (через периневральні піхви), фізіо-логічними шляхами (за ходом травного, дихального тракту тощо),а також проникаючи в підлягаючі тканини.

107

У разі поширення мікроорганізму через кров виникають ста-ни, які називають бактеріємією (мікробемією), септицемією і сеп-тикопіємією.Бактеріємія — циркуляція бактерій у крові без їх розмножен-

ня. Збудник прямує до місця своєї кінцевої локалізації в органахі тканинах. При септицемії відбувається розмноження мікро-організмів у крові, при септикопіємії одночасно з розмноженняммікробів наявні метастази гнійних осередків у тканинах організ-му.Також розрізняють стан сепсису — перебування мікробів у

крові на фоні різкого зниження захисних сил організму. При сеп-сисі специфічність збудника відходить на задній план, клінічнакартина при різній етіології сепсису практично однакова. Термі-ни «сепсис» і «септицемія» позначають один стан, але термін«сепсис» має більш клінічний, а «септицемія» — більш патоге-нетичний характер.Виділення збудника з організму може відбуватися з калом, се-

чею, мокротинням, гнійними виділеннями протягом інкубаційно-го періоду, продроми, розпалу і реконвалесценції, що забезпе-чує тривалий період заразливості інфекційного хворого.

6. ФОРМИ ІНФЕКЦІЇ.ЇХНЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Інфекція може виявлятися в різних формах. Класифікація формінфекції складна і визначена недостатньо. Спрощена класифі-кація форм інфекції наведена в табл. 5.2.Інфекції розподіляють за біологічним видом збудника, оскі-

льки це накладає відбиток на патогенез, клініку, діагностику,лікування й профілактику інфекційного захворювання. Наприк-лад, при лікуванні бактеріальних інфекцій широко застосовуютьантибіотики, які при вірусних захворюваннях не є ефективними.При екзогенній інфекції завжди існує джерело інфекції, яке

необхідно знайти і знешкодити здійсненням протиепідемічнихзаходів.Ендогенна інфекція розвивається внаслідок зараження мікро-

організмами, які перебували в організмі до захворювання. Зви-чайно, і в останньому випадку мікроорганізм потрапив колись ворганізм людини ззовні, але відшукувати джерело інфекції на

108

момент захворювання неможливо і недоцільно. Ендогенну інфек-цію можуть спричинювати умовно-патогенні мікроорганізми нор-мальної мікрофлори при імунодефіциті, але вона може бути спри-чинена і безумовно патогенним мікроорганізмом, який перебу-ває в організмі при мікробоносійстві (наприклад, рецидиви гер-песу, бешихи тощо).Деякі автори не розрізняють поняття ендогенної інфекції і ав-

тоінфекції, вважаючи їх синонімами. Але тут є деяка відмінність:автоінфекція — це різновид ендогенної інфекції, при якій відбу-вається самозараження шляхом переносу збудника з одного місцялокалізації в інше.Вогнищева інфекція характеризується локалізацією патологі-

чних змін у місцевому осередку без поширення в організмі (фу-рункул). При загальній, генералізованій інфекції збудник поши-рюється в організмі з розвитком мікробемії. Вище було зазначе-но форми інфекції, пов’язані з наявністю збудника в крові. Сліддодати, що при масивному надходженні в кров мікроорганізмів,

Таблиця 5.2. Форми інфекції

Ознака Форми інфекції

Природа збудника Бактеріальна, вірусна, грибкова,протозойна

Походження Екзогенна, ендогенна, авто-інфекція

Локалізація збудника в організ- Місцева (вогнищева), загальнамі хазяїна (генералізована): бактеріємія,

септицемія (сепсис), септикопіє-мія, токсико-септичний шок,вірусемія

Кількість видів збудника Моноінфекція, змішана інфекція,вторинна інфекція

Повторні захворювання Реінфекція, суперінфекція, рецидив

Клінічні прояви Гостра, хронічна, мікробоносій-ство, маніфестна, безсимптомна

Основне джерело інфекції:людина Антропонозитварина Зоонозизовнішнє середовище Сапронози

109

продуктів їх розпаду і токсинів розвивається бактеріальний ток-сико-септичний шок.Моноінфекція — інфекція, спричинена одним видом збудни-

ка, змішана (асоційована) інфекція — кількома видами (наприк-лад, анаеробна інфекція ран спричинюється найчастіше асоціа-цією Cl. perfrіngens, Cl. novyі, Cl. septіcum з поєднанням умовно-патогенних і апатогенних мікробів-асоціантів). Змішані інфекції(міксти) перебігають тяжче, їх складніше лікувати, ніж моно-інфекції.Вторинні інфекції — ті, що приєднуються до основного захво-

рювання, яке створює умови для розвитку вторинної інфекції. Уцьому разі не можна говорити про змішану інфекцію, тому щоостання розвивається при одночасному інфікуванні, а вториннаінфекція зумовлена основним захворюванням. Класичним при-кладом є грип, при якому спостерігається «двогорба пропасни-ця»: спочатку клінічні прояви і висока температура зумовленівірусним ураженням, до третього дня температура знижується.Потім, внаслідок місцевого і загального ослаблення резистент-ності організму, приєднується вторинна бактеріальна інфекціяза рахунок активації умовно-патогенної мікрофлори дихальнихшляхів. Це призводить до повторного підвищення температуриз розвитком катаральних симптомів.Реінфекція — повторне захворювання після клінічного одужан-

ня, спричинене тим самим видом збудника. Реінфекція можлива,якщо перенесена хвороба не залишає після себе напруженого іму-нітету (наприклад, повторне захворювання на гонорею, яка прак-тично не спричинює розвитку постінфекційної несприйнятливості).Суперінфекція виникає при інфікуванні хворого збудником того

ж самого виду (іншого серовару або більш вірулентним) при не-завершеному першому захворюванні. Це особливо важливо длятих, хто одужує, бо вони можуть інфікуватися від інших хворих упалаті (наприклад, при скарлатині).Рецидив — повернення захворювання без повторного зара-

ження, за рахунок мікроорганізмів, що залишилися після пере-несеного захворювання. Класичний приклад — рецидивні фор-ми висипного тифу (хвороба Брилля), що розвивається черезкілька років після одужання.Гострі і хронічні інфекції характеризуються різною виражені-

стю симптомів і тривалістю захворювання (клінічна характери-стика хвороби). При хронічній інфекції спостерігається персис-тенція, тобто тривале перебування збудника в макроорганізмі.

110

Безсимптомна, або інапарантна інфекція характеризуєтьсявідсутністю клінічних проявів, але збудник не лише перебуває ворганізмі, а й розмножується і поширюється в організмі. Інапа-рантні форми інфекції виявляються при обстеженні контактнихосіб. Така форма інфекції може закінчитися одужанням або пе-реходом у маніфестну гостру чи хронічну інфекцію.Мікробоносійство (здорове) — перебування збудника в

організмі з його розмноженням і виділенням у навколишнє сере-довище без клінічних проявів захворювання. Воно може бути утаких випадках: а) при безсимптомній інфекції; б) після клінічногоодужання, коли людина клінічно здорова, але ще виділяє збуд-ника; в) наприкінці інкубаційного періоду деяких захворювань,коли людина ще клінічно здорова, але вже є джерелом інфекції.Суттєвою є класифікація інфекцій залежно від їхнього джере-

ла. Джерело інфекції — об’єкт, з якого збудник надходить ворганізм людини. Існують три можливих джерела інфекції, відпо-відно до яких розрізняють її форми.Антропонози — захворювання, при яких основним джерелом

інфекції є людина (хвора і мікробоносій). Прикладами може бутичеревний тиф, дизентерія тощо.Зоонози — захворювання, при яких основним джерелом

інфекції є тварина (хвора і мікробоносій), а передача інфекціївід людини до людини хоч і можлива, але може не відіграватисуттєвої епідеміологічної ролі. Приклади — бруцельоз, туляре-мія, сибірка тощо.Сапронози — захворювання, при яких джерелом інфекції є

об’єкти зовнішнього середовища. Слід відрізняти сапронози відінфекцій, при яких об’єкти зовнішнього середовища є фактора-ми передачі інфекції. Наприклад, при дизентерії факторами пе-редачі можуть бути вода, овочі, фрукти тощо, але джереломінфекції є лише людина. З організму хворого або носія збудникдизентерії надходить у навколишнє середовище, але в ньому нерозмножується. Лише потрапивши до організму людини, він можепродовжувати своє існування.Прикладом сапронозної інфекції є хвороба легіонерів, при якій

збудник може розмножуватися у воді (кондиціонер, душ), грунті,а шлях передачі інфекції від хворого до здорових не встановле-но. Очевидно, надалі виявлятиметься сапронозний характер всебільшої кількості інфекційних захворювань. Наприклад, виявле-на можливість розмноження в зовнішньому середовищі збудни-ка холери.

111

Розглянемо деякі епідеміологічні поняття, які докладно вив-чатимуться в курсі епідеміології.Епідемічний процес — розповсюдження інфекційних захворю-

вань серед населення.Епідемічний ланцюг, що забезпечує цей процес, складається з

трьох факторів: джерело і резервуар інфекції, механізм передачі йсприйнятливе населення.Джерело інфекції — об’єкт, із якого збудник надходить в

організм людини. Резервуар інфекції — місце зберігання і роз-множення збудника не лише під час епідемії, але й у міжепідемі-чний період. Резервуаром інфекції для антропонозів є лише лю-дина, для зоонозів — переважно тварина, для сапронозів —зовнішнє середовище.Механізм передачі включає його шляхи і фактори. За пропо-

зицією акад. Л. В. Громашевського, інфекційні захворюваннякласифікують за основними шляхами передачі таким чином:

— кишкові інфекції (фекально-оральний шлях передачі);— інфекції дихальних шляхів (повітряно-крапельний);— кров’яні інфекції (трансмісійний);— інфекції шкіри (контактний);— інфекції з різними (багатьма) шляхами передачі.У кожній із зазначених груп розрізняють також антропонози,

зоонози й сапронози.До карантинних (особливо небезпечних інфекцій, на які поши-

рюються міжнародні медико-санітарні правила) належать нинінатуральна віспа (захворювання повністю ліквідоване), чума,холера і жовта пропасниця.Факторами передачі можуть бути вода, їжа, повітря, грунт,

брудні руки, предмети вжитку. При трансмісійних інфекціях фак-тором передачі є кровососні комахи-переносники.За характером поширення інфекційні хвороби можуть бути

такими: 1) спорадичні (окремі випадки захворювання, що спо-стерігаються в місцевості); 2) епідемії (значне перевищення спо-радичної захворюваності, яке звичайно спостерігалося в ціймісцевості); 3) пандемії — епідемія, що поширюється на значнітериторії, кілька країн і навіть континентів; 4) ендемії — захво-рювання, характерні для певної території, де кліматичні, еко-логічні та соціальні умови забезпечують підтримання захворю-ваності.Летальність — відсоток померлих від загальної кількості осіб,

що захворіли на цю інфекційну хворобу (показник тяжкості

112

наслідків захворювання), смертність — кількість померлих на100 000 населення (вказує не лише на тяжкість хвороби, а й на їїпоширеність).

7. ЕВОЛЮЦІЯ МІКРОБНОГОПАРАЗИТИЗМУ. ПОХОДЖЕННЯПАТОГЕННИХ МІКРООРГАНІЗМІВ

Інфекція являє собою єдність і боротьбу двох протилежнихоснов — хазяїна й паразита, макро- і мікроорганізму. При цьомуйдеться про симбіоз — співіснування.Мутуалізм — форма симбіозу, при якому симбіонти отриму-

ють взаємну користь. Наприклад, бульбочкові бактерії у коріннібобових рослин знаходять захист та їжу, віддаючи рослинам азо-тисті сполуки, які вони засвоюють, зв’язуючи газоподібний азот.Коменсалізм — форма нейтрального симбіозу, коли симбіон-

ти не завдають один одному ані шкоди, ані користі. Наприклад,кишкова паличка є коменсалом кишечнику людини. Мабуть, бай-дужість симбіонтів є лише відносною, тому що завжди можназнайти взаємну вигоду від співіснування коменсалів. Так, киш-кова паличка, знаходячи їжу, оптимальну постійну температуруі захист в організмі людини, дає йому натомість користь: синте-зує вітаміни групи В і К, бере участь у травленні, забезпечуємоторику кишечнику, тренує імунну систему організму, чинитьантагоністичну дію щодо патогенних мікроорганізмів.Паразитизм — симбіоз, при якому один організм (паразит)

живе за рахунок іншого (хазяїна) і завдає йому шкоди. Пато-генні мікроорганізми є паразитами. Така форма симбіозу, із зав-данням шкоди хазяїну, біологічно необхідна для забезпеченняжиттєдіяльності патогенних мікроорганізмів, які не можуть існу-вати інакше, ніж паразитуючи у макроорганізмі.Припускають, що вільно існуючі мікроорганізми (сапрофіти)

виникли понад 3 млрд років тому. З появою еукаріот сапрофітирозширили свої екологічні можливості за рахунок симбіозу з нимиспочатку на рівні коменсалізму і факультативного паразитизму,а потім деякі з них набули все більшої залежності від організмухазяїна. При цьому відбувалось все більше пристосування допаразитичної форми існування з втратою можливості самостійноїсапрофітної форми життя, йшла регресивна еволюція з відбо-

113

ром найбільш пристосованих до паразитизму особин. З’явилисяне лише облігатні паразити, але й спочатку факультативні внут-рішньоклітинні паразити (гонокок, менінгокок, збудники дизен-терії та ін.), а на пізніших етапах еволюції — й облігатні (обо-в’язкові) внутрішньоклітинні паразити — хламідії, рикетсії, па-тогенні найпростіші, які втратили здатність розмножуватися позаживим організмом через втрату генів, що контролюють важливіпроцеси обміну. Наприклад, хламідії (збудники орнітозу, трахо-ми, урогенітального хламідіозу) повністю втратили здатністьсамостійно синтезувати АТФ.З еволюційним удосконаленням паразитизму відбувалось

удосконалення факторів вірулентності, що дають можливість па-разитуючим мікробам укорінюватися, поширюватися, протисто-яти захисним силам хазяїна.Симбіоз людини з патогенними мікроорганізмами є біологіч-

но необхідним. Для мікроорганізмів він є єдиною формою збере-ження виду. Захворювання мікробної етіології для людини — одиніз важливих факторів природного відбору, що відіграє важливуроль в її біологічному і соціальному існуванні.

114

ЛЕКЦІЯ VI

ВИДИ ТА ФОРМИ ІМУНІТЕТУ.ІМУННА СИСТЕМА ОРГАНІЗМУ.ФAКТОРИ НЕСПЕЦИФІЧНОГОЗАХИСТУ ТА ІМУНОЛОГІЧНАРЕАКТИВНІСТЬ

1. Визначення основних понять імунології2. Історичний нарис розвитку імунології3. Імунна система організму4. Види імунітету5. Поняття про клітинні, гуморальніта функціональні механізми захисту як єдинусистему несприйнятливості

6. Неспецифічні фактори захистута імунна реактивність

Імунологія — це наука про імунітет. Останнім часом вона бур-хливо розвивається як самостійна наука. Спостерігається тен-денція до виділення її з курсу мікробіології та організації ка-федр клінічної імунології та алергології. Такі кафедри є в інсти-тутах удосконалення лікарів і багатьох медичних вузах, є навітьсамостійна лікарська спеціальність лікар-імунолог. Однак у си-стемі медичної освіти, як правило, імунологію починають вив-чати на кафедрі мікробіології, вірусології та імунології, де сту-денти одержують знання з загальної та прикладної імунології.Багато питань клінічної імунології розглядаються на відповід-них клінічних кафедрах — терапії, хірургії, педіатрії, акушер-ства та гінекології, інфекційних хвороб та ін. Практично всілікарські спеціальності потребують знань з імунології.Для характеристики значення імунології в сучасній науці мож-

на навести висловлювання англійського наукового оглядачаД. Уілсона, автора книги «Тіло та антитіло. Розповідь про нову

115

імунологію»: «...Я дійшов висновку, що в даний момент до числанайбільш хвилюючих наукових дисциплін належить імунологія;точніше сказати, саме імунологія найбільше привернула моюувагу тим новим світлом, який вона проливає на численні акту-альні питання...»

1. ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПОНЯТЬІМУНОЛОГІЇ

Найважливішим поняттям імунології є імунітет. Під цим тер-міном (лат. immunitas — звільнення від данини, позбавлення відчого-небудь) звичайно розуміють несприйнятливість організмудо інфекційних захворювань. Таке тлумачення імунітету запо-чаткували ще засновники цієї науки. І. І. Мечников писав: «Підімунітетом, несприйнятливістю до заразних захворювань, необ-хідно розуміти загальну систему явищ, завдяки яким організмможе витримувати напад патогенних мікробів». Американськийімунолог У. Бойд визначав імунологію як науку про механізмита методи підвищення стійкості організму. Видатний вітчизня-ний імунолог Л. А. Зільбер писав: «Імунітетом називають не-сприйнятливість організму до збудника або до будь-якої сторон-ньої для організму речовини. Ця несприйнятливість обумовленасукупністю всіх спадкових та індивідуально набутих організмомпристосувань, які запобігають проникненню та розмноженнюмікробів, вірусів та інших патогенних агентів і дії продуктів, яківони виділяють».Останнім часом відбулося переосмислення поняття імунітет

та завдань імунології, створення «нової імунології». Головноюбіологічною роллю імунітету є захист від чужорідних клітин. Іму-нітет філогенетично розвинувся як засіб захисту від клітин, якігенетично відрізняються від клітин організму. В багатоклітин-ному організмі ризик мутаційних змін властивостей клітин дужевисокий. Для ссавців, які мають 1012–1013 генетично ідентичнихклітин, при середній частоті мутацій в 10–6 вони можуть дати 107

змінених клітин у кожний момент, що ставить під сумнів мож-ливість існування виду незмінним. Тому багатоклітинні організ-ми без спеціального нагляду над клітинами існувати не могли.Платою за багатоклітинність стала імунна система, що спеці-ально розвинулася та була еволюційно вдосконалена.

116

Доказами цього можуть бути такі факти:1) 12 000 хворих, які отримали багатомісячну імунодепресив-

ну терапію після пересадження нирок, значно частіше хворілина ракові захворювання, у 35 разів частіше — на лімфому, у 350разів частіше — на ретикулоклітинну саркому, ніж ті, що не за-знали імунодепресії.

2) У дітей з природженими імунодефіцитами частота злоякіс-них новоутворень зростає більш ніж у 1000 разів.

3) З віком імунні функції знижуються, а частота новоутвореньзростає.На думку Р. В. Петрова, імунітет — спосіб захисту організму

від живих тіл і речовин, які несуть на собі ознаки генетично чужо-рідної інформації.Імунітет здійснює захист не від генетично чужорідної інфор-

мації, а від її ознак. Імунна система не розпізнає змінені гени,вона розпізнає і вилучає з організму продукти змінених генів.Боротьба ведеться не з «інакомисленням», а з «інакодією». Уцьому полягає глибокий біологічний сенс, тому що залишаєтьсяможливість еволюційних змін, адже якщо будь-яка зміна в генахрозпізнавалась та знищувалась би імунною системою, то не бу-ло б можливості збереження спадкових змін — сили, яка рухаєеволюцію.Ознакою генетичної чужорідності у білках є їх первинна струк-

тура, тобто послідовність амінокислотних залишків у ланцюгу,що визначається генетично. У полісахаридах та ліпідах струк-тура полімерів складається з мономерів і визначається наборомвідповідних ферментів, які здійснюють біосинтез ліпідів і полі-сахаридів. А цей набір ферментів визначається генотипом орга-нізму, тобто також перебуває під генетичним контролем.Друге найважливіше поняття імунології — антиген.Антиген — речовина або жива істота з ознаками генетичної

чужорідності, здатна спричинити в організмі імунологічні реак-ції.Поняття антиген, найбільш загальне в імунології, визначаєть-

ся через його відношення до імунної системи, тому що немаєбільш загальних понять в імунології. Отже, поняття «антиген»та «імунітет» визначаються одне через друге.До основних понять імунології належить також поняття «ан-

титіло».Антитіло — білок-імуноглобулін, що утворюється у відповідь

на антиген і здатний специфічно взаємодіяти з антигеном.

117

2. ІСТОРИЧНИЙ НАРИСРОЗВИТКУ ІМУНОЛОГІЇ

Імунологія розвивалася спочатку як вчення про протиінфек-ційний захист організму. Від емпіричного, часто інтуїтивногорозуміння того, що після інфекційного захворювання залишаєть-ся несприйнятливість саме до цього захворювання, йшло по-ступове відкриття основних закономірностей функціонуванняімунітету, розробка наукових принципів запобігання та лікуван-ня інфекційних хвороб імунологічними методами і препаратами.Стисло зупинимося на історії розвитку цієї науки.Визначні відкриття в імунології — це емпіричне відкриття

англійським лікарем Е. Дженнером вакцини проти віспинаприкінці ХVIII ст., розробка великим французьким вченимЛ. Пастером наукового принципу запобігання інфекційним хво-робам шляхом введення ослабленого (атенуйованого) збудника(1881); відкриття фагоцитозу видатним російським вченимІ. І. Мечниковим (1882), відкриття антитіл видатним німецькимвченим Е. Берингом (1890).У подальшому формувались три основних напрямки імуноло-

гії.Інфекційна імунологія займалася розробкою методів діагно-

стики, профілактики та лікування інфекційних захворювань наоснові застосування імунологічних методів та імунологічних пре-паратів з антигенів та антитіл.Розвиток неінфекційної імунології починався з праць Ж. Бор-

де і Ф. Чистовича (1898) про антигенні властивості еритроцитівта білків кінської сироватки. Далі були класичні праці К. Ланд-штейнера про синтетичні антигени та антигени еритроцитів лю-дини, які стали базою для вивчення груп крові, праці Ж. Доссепро антигени лейкоцитів, які започаткували вивчення системиантигенів тканинної сумісності. Так було започатковано вченняпро імунологічні основи переливання крові та трансплантаційнийімунітет. Неінфекційна імунологія розвивалася також у напрямкувивчення основ протипухлинного імунітету та змін антигенноїструктури організму в онтогенезі.Вищеназвані напрямки імунології визначаються як нормаль-

на імунологія. Але інколи робота імунної системи може завдатипомітної шкоди самому організму. Це є предметом вивченняімунопатології.

118

Розвиток імунопатології починався з праць І. І. Мечникова(1890) про цитотоксини, антитіла проти тканин організму. На-далі сформувалося вчення про імунопатологічні реакції імунноїсистеми у вигляді автоімунних захворювань, а також наука алер-гологія. Місце алергології між інфекційною та неінфекційноюімунологією, нормальною імунологією та імунопатологією.Наведемо схему історичного розвитку імунології, яка містить

лише головні віхи (табл. 6.1).Основоположними відкриттями в імунології стали праці

Е. Дженнера (1796), Л. Пастера (1881), І. І. Мечникова (1882),Е. Беринга (1890).У подальшому видатні відкриття в імунології відзначені Но-

белівською премією, що підкреслює їхню значущість не тількидля біології та медицини, а й для науки в цілому.

1. Найпершу Нобелівську премію з біології та медицини (вонабула також найпершою в історії присудження цієї премії) одер-жав Емілій Беринг — за відкриття антитіл-антитоксинів (1901).

Таблиця 6.1. Етапи розвитку імунології

НОРМАЛЬНА ІМУНОЛОГІЯ

Інфекційна

1. Вчення профагоцити

2. Вчення проАГ та АТ3. Діагности-ка, профілак-тика, терапіяінфекційниххвороб

Неінфекційна

Ж. Борде, Ф. Я. Чистович,1898

К. Ландштейнер, 18901. Імунологічна толерантність

2. Трансплантаційний імунітет

3. Імунологія репродукції4. Імунологія онтогенезу

5. Імунологічний нагляд

6. Протипухлинний імунітет

7. Імунодефіцити8. Клінічна імуногенетика

9. Імунологія старіння

Цитотоксини

І. І. Мечников, 1900

1. Алергія

2. Автоімунні процеси3. Імунодефіцити

4. Імунопроліфера-тивні процеси(лімфолейкози)

5. Пухлинні процеси

6. Інфекції імунної сис-теми (ВІЛ, інфекцій-ний мононуклеоз, лей-кози вірусної етіології)

ІМУНОПАТОЛОГІЯ

119

2. Роберт Кох — за дослідження та відкриття у вивченні ту-беркульозу (у тому числі за відкриття інфекційного імунітету таінфекційної алергії при цьому захворюванні) (1905).

3. Ілля Ілліч Мечников і Пауль Ерліх — за праці з імунітету(1908).

4. Шарль Рише — за праці з анафілаксії (1913).5. Жюль Борде — за відкриття в галузі імунітету (1919).6. Карл Ландштейнер — за відкриття груп крові людини (1930).7. Френк Бернет і Пітер Медавар — за дослідження набутої

імунологічної толерантності (1960).8. Джералд Едельман і Родні Портер — за визначення хімічної

структури антитіл (1972).9. Барух Бенацерраф, Жан Доссе і Джордж Снелл — за відкрит-

тя генетично детермінованих структур поверхонь клітин, які ре-гулюють імунологічні реакції (антигенів гістосумісності) (1980).

10. Нільс Йерне — за розробку теорії ідіотипової сітки. Це-зар Мільштейн і Георг Келер — за розробку техніки здобуттягібридóм (1984).

11. Сусумо Тенегаві — за з’ясування механізму інтенсивногозбільшення кількості антитіл до будь-якого антигену (1987).

3. ІМУННА СИСТЕМА ОРГАНІЗМУ

Імунна система — це система організму, що має центральні(тимус, кістковий мозок) та периферійні органи (лімфовузли, се-лезінка, скупчення лімфоїдної тканини в кишечнику та іншихмісцях організму), пов’язані між собою лімфо- та кровообігом.Імунна система — система лімфоїдно-макрофагальних клітин,

яка складається з системи мононуклеарних фагоцитів (СМФ),Т- і В-систем лімфоїдної тканини. Будову імунної системи наве-дено на схемі (рис. 6.1).Особливості імунної системи:1. Постійна рециркуляція клітин із центральних у периферійні

органи, потім — у тканини, знову повернення в лімфо- і кро-вообіг. Така рециркуляція забезпечує безперервний контроль усіхтканин організму з боку клітин імунної системи, які мають різнукомпетенцію. Йдеться про те, що кожна клітина імунної систе-ми може реагувати тільки на обмежену кількість антигенів, томудля контролю за усіма антигенами організму необхідна участьодразу всіх імунокомпетентних клітин. Це й забезпечується без-

120

Рис. 6.1. Cхема органів імунної системиТимус і кістковий мозок — центральні (первинні) органи імунної

системи, в яких відбувається визрівання відповідно Т- або В-клітин.Гуморальна та клітинна імунна відповідь відбуваються в периферич-них (вторинних) органах і тканинах, у них формуються ефекторніклітини та клітини пам’яті. В селезінці здійснюється, головним чином,імунна відповідь на антигени, які циркулюють у крові. В лімфатич-них вузлах виникає відповідь на антигени, які знаходяться в між-клітинній рідині та лімфі і надходять через шкіру (поверхневі вузли)або з внутрішніх органів (глибокі вузли). Мигдалики, Пеєрові бляш-ки та інші лімфоїдні тканини, зв’язані зі слизовими оболонками, відпо-відають на антигени, що проникли крізь поверхневі слизові бар’єри(за P. R. Murray та ін., 1997)

ІМУННА СИСТЕМА ЛЮДИНИ

ЦЕНТРАЛЬНІ ОРГАНИ ПЕРИФЕРИЧНІ ОРГАНИ

Загрудинназалоза(тимус)

Кістковий мозок

Лімфатичне кільце(лімфовузли,

мигдалики, аденоїднатканина)

Лімфатичні вузли

Кістковиймозок

Селезінка

Пеєрові бляшки

Мезентеріальнілімфовузли

Урогенітальналімфоїдна тканина

Лімфатичні вузли

121

перервною циркуляцією більшості клітин імунної системи ворганізмі, внаслідок чого клітини з різними властивостями про-ходять через кожну ділянку організму і забезпечують надійнийімунологічний нагляд.

2. Постійна репопуляція клітин, що забезпечує здійсненняфункції імунологічного нагляду молодими, функціонально пов-ноцінними клітинами і дає можливість адекватної відповіді намінливу антигенну ситуацію.Клітини імунної системи розвиваються з єдиної стовбурової

клітини і проходять різні шляхи диференціювання до перетворен-ня в ефекторну клітину, здатну виконувати певну імунологічну функ-цію. Клітина, яка пройшла певний етап диференціювання, вже неможе повернутися до початкового поліпотентного стану, а можедиференціюватися далі тільки в обмежених напрямках. Тим же ча-сом молода недиференційована клітина здатна диференціюватися вбудь-якому необхідному напрямку, тому безперервна репопуляціяклітин імунної системи забезпечує можливість імунної відповіді набудь-який антиген, що з’явився в організмі.

4. ВИДИ ІМУНІТЕТУ

Незважаючи на те, що сучасна імунологія розглядає протиін-фекційний захист лише як часткове завдання імунної системиорганізму, медицина найчастіше зустрічається зі слабістю імун-ної системи саме у боротьбі з інфекційними хворобами. Лікар-клініцист виявляє неспроможність імунітету в першу чергу тоді,коли у людини спостерігаються часті інфекційні ускладнення.Крім того, профілактика, лікування та діагностика інфекційнихзахворювань значною мірою базуються на імунологічних мето-дах і препаратах. Тому докладніше розглянемо протиінфекційнийімунітет.На рис. 6.2. наведено класифікацію видів імунітету.Видовий імунітет — несприйнятливість організму до певних

видів збудників. Наприклад, тварини взагалі не хворіють на ба-гато які захворювання людини (наприклад, кір, дифтерія, СНІДтощо). По суті, це не імунітет, а неспецифічна резистентністьорганізму, бо видова несприйнятливість забезпечується не імуно-логічними механізмами, а неспецифічними факторами захисту(бар’єрна функція шкіри та слизових оболонок, фагоцитоз тощо).Часто видова несприйнятливість обумовлена відсутністю клітин-

122

них рецепторів до адгезинівзбудника. Для багатьох вірусіввидова несприйнятливість аб-солютна, тому що відсутністькомплементарних клітинних івірусних рецепторів робитьнеможливим розвиток інфекцій-ного процесу. Для бактеріаль-них збудників видовий бар’єріноді долається внаслідок ос-

Рис. 6.2. Види імунітету

ІМУНІТЕТ

Видовий

Природний

Набутий

Штучний

активнийпасивний

активнийпасивний

лаблення захисних сил макроорганізму. У класичних дослідахЛ. Пастера кури, зазвичай несприйнятливі до сибірки, хворіли вразі утримання їх при зниженій температурі. Інфекції, які розви-ваються внаслідок імунодефіцитного стану макроорганізму,спричинені умовно-патогенними або навіть апатогенними мік-роорганізмами, називають опортуністичними. У такому випад-ку можна говорити про подолання видового бар’єра несприй-нятливості.Видовий імунітет є спадковим, він визначається генотипом

макроорганізму і мікроорганізму-збудника. З ним людина наро-джується і живе.Набутий імунітет може набуватися природним шляхом і ство-

рюватися штучно. При цьому обидва варіанти імунітету можутьбути активними і пасивними. Активний імунітет формується ворганізмі внаслідок активної роботи його імунної системи. Па-сивний імунітет переноситься з імунного організму у неімуннийв готовому вигляді з антитілами або, рідше, з лімфоцитами.Природний активний імунітет формується внаслідок інфекцій-

ного захворювання. Він може бути тривалим, іноді — довічним(чума, кір, натуральна віспа тощо).Штучний активний імунітет створюється введенням антиген-

них препаратів з мікроорганізмів-вакцин. Тривалість його — відкількох місяців до кількох років.Природний пасивний імунітет — трансплацентарний, ство-

рюється в результаті переходу антитіл через плаценту від мате-рі до плода. Крім того, при грудному годуванні антитіла постій-но надходять разом з материнським молоком. Натуральний па-сивний імунітет захищає дитину від деяких інфекцій у перші півро-ку життя.Штучний пасивний імунітет створюється введенням готових

антитіл у вигляді сироваткових препаратів (імунних сироваток

123

та імуноглобулінів). Він зберігається найближчі два тижні у разівведення гетерологічних (з крові іншого виду) та до місяця — вразі введення гомологічних (з крові людини) антитіл.Розрізняють такі форми прояву імунітету: антибактеріальний,

антитоксичний, противірусний, протипаразитарний, протипух-линний, трансплантаційний. Назви достатньо характеризуютьсуть кожного виду імунітету.Кожний із видів має свої особливості та обумовлюється при-

таманним йому набором із комплексу стандартних імунологіч-них механізмів, які відіграють неоднакову роль при різних видахімунітету.Протиінфекційний імунітет може бути стерильним і нестериль-

ним (інфекційним). Стерильний імунітет формується в умовахзвільнення організму від мікроорганізму-збудника, нестерильний— це імунітет до суперінфекції (повторного зараження тим са-мим видом збудника в умовах незавершеного першого захворю-вання). Нестерильний імунітет наявний при туберкульозі, бру-цельозі, інших хронічних захворюваннях. Він відбиває особ-ливості взаємовідносин організмів хазяїна та паразита і особ-ливості імунологічної реактивності.

5. ПОНЯТТЯ ПРО КЛІТИННІ,ГУМОРАЛЬНІ ТА ФУНКЦІОНАЛЬНІМЕХАНІЗМИ ЗАХИСТУ ЯК ЄДИНУСИСТЕМУ НЕСПРИЙНЯТЛИВОСТІ

Клітинна (тканинна ) форма захисту включає захисні механіз-ми, пов’язані з фагоцитозом, бар’єрною функцією шкіри, сли-зових оболонок, лімфовузлів та інших тканин, а також діяльністюспеціалізованих клітин лімфоїдної системи (антиген-реактивнихТ-лімфоцитів).Фагоцитоз — поглинання та перетравлення часток спеціалізо-

ваними клітинами-фагоцитами. Явище фагоцитозу було відкри-то І. І. Мечниковим (1882). Вчений вперше оприлюднив свою фа-гоцитарну теорію імунітету на засіданні Одеського товариствалікарів та природознавців. Ось чому 100-річчя фагоцитарної тео-рії весь науковий світ святкував в Одесі, на базі Одеського на-уково-дослідного інституту епідеміології та вірусології ім. І. І. Меч-никова, наступника створеної ним бактеріологічної станції.

124

Процес фагоцитозу складається з кількох стадій:1. Хемотаксис (наближення) — цілеспрямований рух фагоци-

та до об’єкта фагоцитозу за рахунок дії хімічних речовин у нав-колишньому середовищі, що стимулюють спрямований рух фа-гоцита. Здатність до хемотаксису обумовлена специфічними ре-цепторами до хемоатрактанту в мембрані фагоцита.

2. Адгезія (прикріплення) здійснюється за рахунок неспеци-фічної фізико-хімічної взаємодії мембрани фагоцита та об’єктафагоцитозу за рахунок взаємодії рецепторів фагоцита і мікро-організму.Клітинні мембрани, в тому числі фагоцитів, несуть сумарний

негативний заряд, що забезпечує їх відособленість і гальмує ав-тофагоцитоз (фагоцитування клітин макроорганізму своїми фа-гоцитами). Гідрофільність деяких компонентів клітинної стінкибактерій перешкоджає їхньому проходженню крізь гідрофобнумембрану фагоцита. Для подолання цього на поверхні фагоцитіврозташовані рецептори, що забезпечують ефективне зв’язуван-ня частинок, вкритих відповідними лігандами (молекулами, здат-ними зв’язуватися з рецепторами, від лат. ligo — зв’язую). Фаго-цити мають рецептори для Fc-фрагмента деяких ізотипів іму-ноглобуліну, а також для С3 компонента комплементу та іншихфакторів. Наявність на поверхні мікробної клітини імуноглобулі-ну і комплементу, що виконують роль опсонінів (лат. opso — го-тую їжу), помітно збільшує процес поглинання, а інколи й трав-лення. Взаємодія опсонізуючих факторів з рецепторами на мем-брані фагоцита має характер регулярних зв’язків і нагадує діюзастібки «блискавки».

3. Ендоцитоз — занурення частки, що фагоцитується, всере-дину фагоцита. Цей процес відбувається по відношенню до інерт-них часток і непатогенних мікроорганізмів без участі додатко-вих факторів. Патогенні мікроорганізми, як правило, фагоциту-ються тільки після їхньої опсонізації факторами, які стимулюютьфагоцитоз.

Чужорідна частка або мікробна клітина, пов’язана вона зіспецифічними рецепторами мембрани фагоцита чи ні, оточуєтьсямембраною фагоцита. Внаслідок інвагінації вона утворює все-редині фагоцита фагоцитарну вакуоль (фагосому).

4. Внутрішньоклітинне перетравлення відбувається у фаголізо-сомах, які утворюються в результаті злиття фагосоми з клітинни-ми лізосомами, всередині яких знаходяться бактерицидні факто-ри фагоцита.

125

Таке відмежування потенційно токсичних молекул необхідне,щоб захистити клітини від саморуйнування і створити середови-ще, в якому бактерицидні молекули можуть функціонувати ефек-тивно. У фаголізосомах об’єкт фагоцитозу вбивається і перетрав-люється різними ферментними системами. Мікробоцидні меха-нізми фагоцитів різноманітні.Кисеньзалежні мікробоцидні механізмиФагоцитоз супроводжується підвищеним гліколізом і

збільшенням синтезу білків й мембранних фосфоліпідів. Післяпоглинання відбувається респіраторний вибух, який полягає врізкому підвищенні споживання кисню. Це супроводжуєтьсязбільшенням активності багатьох ферментів і веде до відновленнямолекулярного кисню у різні високореактивні проміжні продук-ти, наприклад, супероксид аніон (О2

•), перекис водню (H2O2), син-глетний кисень (О•••••), гідроксильний радикал (ОН••••• ). Їм властивабактерицидна активність і вони формують кисеньзалежні бакте-рицидні механізми. Супероксид аніон — вільний радикал, що ут-ворюється відновленням молекулярного кисню одним електро-ном, реакційно високоактивний і високотоксичний як для тва-ринних клітин, так і для мікроорганізмів. Він є також субстра-том супероксиддисмутази, яка продукує перекис водню для по-дальшого умертвіння мікробів. Мієлопероксидаза використовуєперекис водню та іони йоду і хлору для утворення принаймнідвох бактерицидних систем. Одна з них — галогенування (вклю-чення йоду або хлору) бактерійної клітинної стінки спричинюєзагибель мікроорганізму. У іншому механізмі мієлопероксида-за і перекис водню ушкоджують клітинну стінку, перетворюю-чи амінокислоти на альдегіди, яким властива антимікробна дія.Кисеньнезалежні механізмиУ фагоцитів існують також кисеньнезалежні механізми, здатні

до руйнування поглиненого матеріалу. Деякі з цих ферментівможуть ушкоджувати мембрани. Наприклад, лізоцим і еластазадіють на пептидоглікан клітинної стінки бактерій, а потім гідро-літичні ферменти забезпечують повне перетравлення інактиво-ваних мікроорганізмів. Катіонні білки лізосом ушкоджуютьклітинні стінки бактерій і деяких вірусів, які мають суперкапсид,наприклад, вірусу простого герпесу. Антимікробну дію має та-кож білок лактоферин. Він зв’язується із залізом, роблячи йогонедоступним для тих бактерій, які потребують для розмноженнязаліза. Висока кислотність усередині фаголізосом (pH=3,5–4,0)може мати бактерицидний ефект: це ймовірно є наслідком утво-

126

рення молочної кислоти при гліколізі. Крім того, багато які лізо-сомальні ферменти мають оптимум рН у кислому середовищі.

Після умертвіння, яке триває близько 15 хв, більшість мікро-організмів перетравлюються і розчиняються лізосомальнимиферментами. Продукти деградації потрапляють назовні шляхомекзоцитозу.Однак фагоцитоз може бути незавершеним внаслідок високих

захисних властивостей мікроорганізму, наявності капсули,щільної клітинної оболонки, продукції агресинів, ушкоджуючоїдії мікробів на фагоцити, здатності мікробів до внутрішньо-клітинного паразитизму. В цьому разі опсонізуюча дія антитілта комплементу може спричинювати завершеність фагоцитозу.З іншого боку, незавершеність фагоцитозу може бути на-

слідком вади з боку фагоцита — нестачі його бактерициднихмеханізмів.Інколи при незавершеному фагоцитозі бактерії можуть навіть

розмножуватися всередині фагоцитів, причому фагоцитуючіклітини можуть гинути, а при їхньому розпаді відбувається вивіль-нення в тканини живих мікроорганізмів.І. І. Мечников виділив дві форми фагоцитів — макрофаги та

мікрофаги. Він визначив головну особливість макрофагів —здатність фагоцитувати не тільки мікроорганізми, а й клітиниорганізму, на відміну від мікрофагів, активних переважно протимікроорганізмів. До мікрофагів належать нейтрофільні грануло-цити. Виділяють рухомі макрофаги (моноцити, полібласти, гіс-тіоцити) та нерухомі (купферівські клітини печінки, клітини ен-дотелію капілярів, клітини строми селезінки та лімфовузлів, аль-веолярні макрофаги та ін.).Існують значні відмінності між макрофагами і нейтрофілами

щодо їхньої бактерицидної дії на мікроорганізми. Хоча лізосо-ми макрофага містять різні ферменти, включаючи лізоцим, у нихвідсутні катіонні білки і лактоферин. Тканинні макрофаги немають мієлопероксидази, але ймовірно використовують катала-зу для утворення перекисної системи. Макрофаги мають мен-ший бактерицидний ефект відносно деяких хвороботворнихмікроорганізмів (наприклад, грибів), ніж нейтрофіли. Однак бак-терицидну дію макрофагів можна значно поліпшити після кон-такту з продуктами лімфоцитів — лімфокінами.Розглянемо роль еозинофілів. Згідно з сучасними уявлення-

ми, еозинофіли беруть участь у позаклітинному знищенні вели-ких об’єктів фагоцитозу (найпростіших, гельмінтів). Еозинофіли

127

оточують паразитів і виділяють токсичні речовини, які їх вбива-ють, а макрофаги — поглинають та перетравлюють уже тілазагиблих паразитів.До клітинних факторів належать також шкіра і слизові обо-

лонки, які виконують не тільки механічну бар’єрну функцію, алей мають виражений мікробоцидний ефект.Усі ці клітинні фактори є неспецифічними захисними факто-

рами. До них також належать нульові лімфоцити-кілери.Специфічні клітинні захисні фактори — це сенсибілізовані ан-

тигенреактивні Т-лімфоцити.Гуморальна форма захисту обумовлена неспецифічними (сис-

темою комплементу, лізоцимом, бета-лізинами тощо) та специ-фічними (антитілами) речовинами, що циркулюють у рідинахорганізму.З неспецифічних факторів гуморального захисту найзначні-

шу роль відіграє система комплементу. Комплемент — склад-ний комплекс білків плазми (близько 20), який має протимікроб-ну та цитоцидну дію. Звичайно цей комплекс перебуває у неак-тивному стані, не учиняючи помітної дії. Дія системи компле-менту пов’язана з каскадною активацією його компонентів (тоб-то коли продукт однієї реакції є каталізатором наступної).Відомі два шляхи активації комплементу — класичний та аль-

тернативний. Класичний шлях активації комплементу здійсню-ється комплексом антиген — антитіло. Коли антитіло взаємодієз антигеном, який міститься у мембрані мікроорганізму, активу-ється перший компонент комплементу С1, продукти активаціїС1 активують С4, далі активується С2 → С3 → С5 → С6 → С7→ С8 → С9. Останній компонент, С9, утворюється внаслідокактивації з двох молекул у «мембраноатакуючий комплекс» увигляді трансмембранного каналу в оболонці клітини. Цей ка-нал повністю пропускає воду та електроліти, через нього усере-дину клітини надходять іони Na+ та вода, що спричинює лізисклітини (рис. 6.3).Так відбувається загибель і лізис мікроорганізмів, еритроци-

тів та інших клітин. У даному випадку необхідна обов’язкова діяантитіл, які належать до імуноглобулінів класів G та M (іншікласи імуноглобулінів не активують комплемент класичним шля-хом).Альтернативний шлях активації комплементу відбувається без

участі антитіл. Полісахариди багатьох бактерій (переважно не-патогенних, бо патогенні бактерії стійкі до дії комплементу і

128

навіть можуть його інактивувати) зв’язують та активують С3, доС3 приєднується та стабілізує його пропердин — ще один фак-тор неспецифічного гуморального захисту. Надалі каскадна ак-тивація комплементу відбувається аналогічно класичному шля-ху активації: С3 → С5 → С6 → С7 → С8 → С9 з утворенняммембраноатакуючого комплексу.Таким чином, комплемент виконує важливу захисну роль в

організмі. Він також бере участь в активуванні фагоцитозу. То-му для оцінки стану опірності організму визначають вміст ком-плементу у сироватці крові людей.У рідинах організму циркулюють й інші активні компоненти. Лізоцим — фермент мурамідаза, який розщеплює пептидоглі-

кановий шар оболонок бактерій, що призводить до їхньої заги-белі. Мембраноатакуючий комплекс комплементу забезпечуєдоступ лізоциму до внутрішнього пептидогліканового шару. Ве-лика кількість лізоциму міститься в сироватці крові, слині, сльо-зах. Він продукується лейкоцитами і є мікробоцидним факторомусередині фагоцитів, бере участь в умертвінні фагоцитованихмікроорганізмів.

Розчиннісполуки

Мембрана

Розчиннісполуки

а б

Рис. 6.3. Схема активованого комплементу:а — молекулярна організація мембраноатакуючого комплексу (за

І. Ройтом);б — модель пори у клітинній мембрані, утвореній під дією компле-

менту (за M. Mayer)

129

Бета-лізини — антимікробні компоненти плазми, активні щодогрампозитивної мікрофлори. Х-лізини активні щодо грамнегатив-ної флори, туберкулостатичний фактор — щодо мікобактерій ту-беркульозу, інтерферони блокують репродукцію вірусів.Білки гострої фази — комплекс білків плазми, вміст яких різко

збільшується при інфекційному процесі або ушкодженні тканин.Це С-реактивний протеїн (важлива діагностична ознака запа-лення), церулоплазмін та деякі інші. С-реактивний протеїн з’єд-нується за участю іонів кальцію з мембраною деяких бактерій,що спричинює активацію комплементу класичним, а не альтер-нативним шляхом.Ми зупинилися лише на головних гуморальних факторах не-

специфічного захисту, їх значно більше. Специфічні фактори гуморального захисту — антитіла.Функціональна форма — сукупність фізіологічних процесів,

спрямованих на підтримання сталості внутрішнього середовищаорганізму при його порушенні внаслідок діяльності мікро-організмів та інших патогенних факторів. Велику роль відіграєадаптаційний синдром Сельє, підвищення температури тіла (зро-стає інтенсивність метаболічних процесів, відбувається термо-інактивація деяких збудників, у першу чергу вірусної природи,підвищується активність фагоцитозу та діяльність імунної сис-теми), посилення видільної функції дихальних шляхів, шлунко-во-кишкового тракту, нирок.

6. НЕСПЕЦИФІЧНІ ФАКТОРИ ЗАХИСТУТА ІМУННА РЕАКТИВНІСТЬ

У табл. 6.2 наводяться основні фактори захисту організму відінфекційних та неінфекційних чужорідних агентів, які поділяютьсяна фактори неспецифічного захисту і фактори імунної реактив-ності.У таблиці згадано далеко не всі, а тільки головні фактори

захисту організму. Всі шість форм імунної відповіді обговорю-ватимуться детальніше на наступних лекціях.У наведеній таблиці перелічені також фактори неспецифіч-

ного захисту організму від інфекційних агентів. Першим бар’є-ром на шляху патогенного мікроорганізму є шкіра та слизовіоболонки (рис. 6.4).

130

Слід зупинитися ще на одному важливому питанні — проспіввідношення неспецифічних факторів захисту та імунологіч-ної реактивності.Важливо чітко зрозуміти, що несприйнятливість до інфекцій-

них захворювань, як і функція імунологічного нагляду над гене-тичною стабільністю власних клітин організму, забезпечуєтьсяспільною дією специфічних і неспецифічних факторів захисту,тобто механізмами імунологічної реактивності та механізмаминеспецифічної резистентності.Імунологічна реактивність проявляється специфічною відпо-

віддю організму на антиген. Головне положення імунології —специфічність імунної відповіді, тобто антитіло або антигенреак-тивна клітина, сформовані в організмі у відповідь на певний ан-тиген, можуть реагувати тільки з цим антигеном. Це — закон,якого неухильно дотримуються в імунології.Неспецифічні фактори захисту є такими по відношенню до ан-

тигенів, вони рівною мірою спрямовані проти різних речовин іклітин, відмінність залежить від хімічного складу клітин та здат-ності їх протистояти дії факторів резистентності організму.Неспецифічні фактори захисту — це перший бар’єр на шляху

збудника. Звичайно, цей бар’єр є нездоланним для непатогенних

Таблиця 6.2. Фактори захисту організму

Імунна реактивність

1. Синтез антитіл

2. Гіперчутливість негайноготипу (ГНТ)

3. Гіперчутливість уповільненоготипу (ГУТ)

4. Імунологічна пам’ять

5. Імунологічна толерантність

6. Ідіотип-антиідіотипові взає-модії

Неспецифічні фактори захисту

Непроникність покривівБактерицидність покривівТравні сокиГідролітичні ферментиЛізоцимПропердинБета-лізини, Х-лізиниТуберкулостатичний факторІнтерферонС-реактивний протеїн та ін.

к о м п л е м е н тф а г о ц и т о з

(беруть участь як у неспецифічному захисті,так і в імунній реактивності)

131

Рис. 6.4. Бар’єри шкіри та слизових оболонок

Респіраторний тракт1. Слиз2. Війковий епітелій3. Альвеолярні макрофаги

Травний тракт1. Кислотність шлунка2. Нормальна мікрофлора

Очі1. Промивання слізьми2. Лізоцим

Шкіра1. Анатомічний бар’єр2. Антимікробнісекрети

Сечостатевий тракт1. Промивання сечею2. Кислотність сечі3. Лізоцим4. Молочна кислотапіхви

мікроорганізмів, патогенні мікроби в змозі його подолати. Тодівключаються імунологічні механізми. Однак це проявляєтьсяпізніше, коли збудник уже спричинив ушкодження в організмі,іноді таке запізнення є фатальним.Самі по собі імунні механізми не забезпечують знищення та

виведення з організму патогенного мікроба-збудника. Роль імун-них механізмів найчастіше полягає у виявленні «чужого» та «по-значенні» його для механізмів неспецифічного захисту — фаго-цитозу та комплементу. Роль антитіл в активації фагоцитозу такомплементу вже розглядалася. Отже, роль імунних механізмівчасто виражається в активації неспецифічних захисних механіз-мів, які й забезпечують знищення інфекційного агента або чужо-рідних клітин. Звичайно, участь імунних механізмів у захистібільш складна та глибока.

132

У зв’язку з викладеним, слід внести ясність у термінологію.На думку академіка Р. В. Петрова, не можна говорити про «не-специфічний імунітет», необхідно використовувати термін «не-специфічна резистентність», «неспецифічний захист», «природ-на несприйнятливість», «видова несприйнятливість». Викорис-тання терміна «імунітет», «імунологічний» вказує на специфічнийпроцес.Мабуть, з цим можна погоджуватись, проте потрібно пам’я-

тати, що обидва механізми, специфічний і неспецифічний, взає-мопов’язані та спрямовані, кожний по-своєму, на розв’язання за-вдань нагляду над генетичною стабільністю внутрішнього сере-довища організму.

133

ЛЕКЦІЯ VII

АНТИГЕНИ. АНТИТІЛА

1. Антигени. Гаптени2. Умови антигенності3. Властивості антигенів4. Антигени мікробних клітин5. Антигени тваринних тканин6. Структура антитіл. Класи імуноглобулінів7. Природні антитіла

1. АНТИГЕНИ. ГАПТЕНИ

Антиген — речовина або істота з ознаками генетичної чужо-рідності, здатна спричиняти в організмі імунологічні реакції (син-тез антитіл, розвиток гіперчутливості негайного типу (ГНТ) ігіперчутливості сповільненого типу (ГСТ), імунологічної пам’я-ті, імунологічної толерантності, ідіотип-антиідіотичних взаємо-дій). Повноцінні антигени (білки, полісахариди, ліпополісахари-ди, гліко- і ліпопротеїди) здатні не тільки спричинювати синтезантитіл (АТ), але й реагувати з ними у видимих реакціях.Необхідна умова антигенності — здатність нести ознаки гене-

тично чужорідної інформації. Для білків — первинна структура,яка визначається структурою певного гена. Для ліпідів і полісаха-ридів — опосередкований зв’язок із генами через комплекс фер-ментів, які синтезують ці речовини і структура яких визначаєть-ся генами.Гаптени — неповноцінні антигени, позбавлені здатності само-

стійно спричинювати синтез АТ. Але вони набувають її у поєд-нанні з повним антигеном (ліпоїди — у суміші з білками або вхімічному зв’язку, вуглеводи — тільки в хімічному зв’язку) абовнаслідок полімеризації.Гаптени можуть бути преципітуючими, тобто давати видимі

реакції з антитілами, наприклад, реакцію преципітації — оса-

134

дження розчиненого антигену під дією антитіл. Непреципітуючігаптени (напівгаптени) виявляють свої антигенні властивості че-рез здатність сполучатися з антитілами у невидимій реакції, вна-слідок чого антитіла перестають давати реакцію преципітації зповноцінним антигеном. Таку реакцію називають реакцією ін-гібірування реакції преципітації.Деякі гаптени (протоантигени) можуть з’єднуватися в орга-

нізмі з білками і тоді набувають антигенних властивостей: важкіметали (нікель, хром, платина), пеніцилін, стрептоміцин, анілін,ефірні масла (примулін), динітрофторбензол.Повноцінний антиген має дві функції — спричинює вироблен-

ня антитіл і реагує з ними у специфічних реакціях. Гаптен не маєфункції самостійно спричинювати імунну відповідь, але зберігаєможливість реагувати з антитілом.

2. УМОВИ АНТИГЕННОСТІ

Чужорідність

Поняття чужорідності має генетичний аспект. Чим більша філо-генетична відстань між представниками різних видів, тим вищаантигенність їхніх речовин між собою. Білки-антигени з однако-вою біологічною функцією розрізняються менше, ніж речовини зрізними функціями.Умови генетичної чужорідності не є абсолютними, оскільки

існують автоантигени — антигени власних тканин. Забар’єрніоргани (кришталик ока, тканини статевих органів, мозку та ін.)відокремлені бар’єром від імунної системи і утримують у норміавтоантигенні речовини. При травмуванні може відбуватися над-ходження антигенів із забар’єрних органів у кров і розвиватисяавтоагресія імунної системи, тобто ушкоджуюча дія автоантитілта автосенсибілізованих клітин на власні тканини організму.На решту власних антигенів імунна система людини реагує в

особливій формі імунної відповіді — імунологічній толерантності.Це не просто відсутність відповіді організму на власні антигени,а й контрольована імунна відповідь на власні антигени. Імуннасистема реагує утворенням антитіл та антигенреактивних лімфо-цитів, специфічних до власних антигенів, синтезом підпороговоїкількості цих продуктів імунної системи. Це — одна з форм ре-

135

гуляції функціонування власних тканин. Отже, умова чужорід-ності не абсолютна, вона має суттєвий виняток з правила прочужорідність антигену як необхідну умову виявлення його анти-генних властивостей.

Достатня молекулярна маса

Щоб проявити повноцінні антигенні властивості, білок пови-нен мати молекулярну масу понад 10 000 Д. Велика молекулярнамаса необхідна для ефективного включення клітин імунної сис-теми в імуногенез шляхом зв’язування кількох клітинних рецеп-торів. При застосуванні стимуляторів можливо отримати анти-тіла до речовин з меншою молекулярною масою: до інсуліну(6 кД), глюкагону (3,8 кД), вазопресину (1 кД).Для антигенності полісахаридів необхідна ще більша моле-

кулярна маса — сотні тисяч дальтон.Навіть низькомолекулярні речовини виявляють свої антигенні

властивості у поєднанні з повноцінним антигеном, який назива-ють шлепером (нім. Schlepper — провідник).

3. ВЛАСТИВОСТІ АНТИГЕНІВ

Антигенність — властивість викликати імунну відповідь. За-лежить від молекулярної структури (жорсткість молекули, обу-мовлена ароматичними амінокислотами). Желатин має великумолекулярну масу, але містить переважно аліфатичні амінокис-лоти (ациклічні), тому він низькоантигенний. Введення в моле-кулу желатину ароматичних амінокислот підвищує його анти-генність. Сироватковий альбумін менш антигенний, ніж сиро-ватковий гаммаглобулін, це залежить від різниці в молекулярніймасі і структурі цих білків.Імуногенність — властивість спричинити розвиток несприй-

нятливості до інфекційного захворювання. Це поняття викорис-товується для характеристики мікробних антигенів, які входятьу вакцинні препарати. Наприклад, суспензія мертвих паличокдифтерії має високу антигенність, але низьку імуногенність. Вве-дення такої суспензії не утворює несприйнятливості до дифтерії.Тим часом знешкоджений формаліном дифтерійний токсин (ана-токсин), який має невисокі антигенні властивості, утворює привведенні в організм людини ефективний імунітет до дифтерії.

136

У бактерій виділяють так звані протективні антигени, якізабезпечують створення ефективного імунітету. Необхідно,щоб вакцини містили протективні антигени відповідного збуд-ника.Специфічність антигену зумовлена антигенними детермінанта-

ми його молекули. Специфічність антигену визначає його унікаль-ність, відміну від іншого антигену, як щодо здатності спричини-ти синтез специфічних до себе антитіл, так і щодо здатності спе-цифічно реагувати тільки з антитілами до цього антигену.Антигенна детермінанта (епітоп) — це ділянка молекули анти-

гену, яка обумовлює його специфічність, відмінність від іншихантигенів у імунологічних реакціях.Епітопи мають конформаційну природу, тобто існує залежність

епітопу від конформації молекули антигену, тому епітоп можебути утворений амінокислотами, що знаходяться далеко однавід одної у пептидному ланцюгу. За рахунок конформаційнихпроцесів ці амінокислоти опиняються поруч і утворюють епітоп.При денатурації молекули антигену порушується її конформаціята змінюється антигенна структура. Антигенна детермінантазвичайно складається з 3–5 амінокислотних залишків.Антигени строго специфічні, кожний може реагувати тільки

з антитілом до цього антигену, але не з антитілами проти іншогоантигену. Однак, молекула антигену може вміщувати не однуантигенну детермінанту, а кілька — від однієї до кількох де-сятків в одній молекулі. Це обумовлює полівалентність антиге-ну та його здатність одночасно реагувати з кількома молеку-лами антитіл.Існують перехресно реагуючі антигени, тобто такі, які можуть

реагувати з антитілами, що були вироблені проти іншого анти-гену. Це не суперечить головній аксіомі імунології — специфіч-ності взаємодії антитіла з антигеном. Різні природні антигениможуть мати антигенні детермінанти, за якими вони розрізня-ються, та антигенні детермінанти, однакові у різних мікроор-ганізмів, рослинних і тваринних білків та полісахаридів. Мож-ливість наявності різних антигенних детермінант в одній моле-кулі антигену, а також однакових антигенів у складі різних мікро-організмів забезпечує здатність молекулярного або корпускуляр-ного антигену реагувати з антитілами різної специфічності. Пе-рехресні реакції відіграють важливу роль в імунітеті й повиннівраховуватися при визначенні виду мікроорганізму за його ан-тигенами.

137

4. АНТИГЕНИ МІКРОБНИХ КЛІТИН

Антигенні властивості мають білки, полісахариди, ліпополі-сахариди бактерій. У складі бактерій розрізняють антигени гру-пові (спільні для кількох видів бактерій), видові (характерні тількидля певного виду), варіантні (за якими групи штамів розрізня-ються всередині виду), штамоспецифічні (специфічні тільки дляокремих штамів).У бактеріальній клітині виділяють соматичні О-антигени, джгу-

тикові Н-антигени, оболонкові, або капсульні К-антигени (рис. 7.1).Соматичні антигени, хоча й називаються антигенами тіла

мікроорганізму, але містяться в оболонці бактерій. За хімічноюприродою вони ліпополісахариди, термостабільні, можуть невтрачати антигенних властивостей після прогрівання при 100 °Спротягом двох годин. Як правило, бактерії містять кілька О-ан-тигенів водночас.Протективні антигени — це антигени, здатні спричинювати в

організмі утворення ефективного протиінфекційного імунітету(наприклад, антигени збудників чуми, сибірки, кашлюку, бруцел).Деякі збудники не містять активних протективних антигенів, ізтаких мікроорганізмів існуючими засобами поки що не вдаєтьсястворити ефективну профілактичну вакцину (наприклад, збуд-ник гонореї).

Антигенна структура бактерій має велике значення для іден-тифікації виділених чистих культур бактерій, тому що визначен-

K-antigen

H-antigen

O-antigen

Рис. 7.1. Антигенна структурабактерій

ня антигенів бактерій за на-слідками реакцій з імуннимисироватками використовуєть-ся при ідентифікації виділеноїчистої культури не тільки довиду, а й до серологічного ва-ріанта.Серовари мікроорганізмів

— варіанти мікроорганізмів,які розрізняються за антиген-ною структурою всерединівиду.Наприклад, збудник боту-

лізму може мати 7 серологіч-них варіантів (сероварів), при-чому кожний із них утворює бо-

138

тулінічний токсин, який відрізняється антигенною структуроювід інших сероварів. Це має велике практичне значення, оскіль-ки для лікування ботулізму використовується імунна сироватка,яка містить антитіла проти відповідного антигенного варіантатоксину. Тільки деякі серовари кишкової палички є причиноюспалахів коліентеритів у дітей.

5. АНТИГЕНИ ТВАРИННИХ ТКАНИН

Ми будемо вивчати переважно антигени людини. Розрізня-ють три основних групи антигенів тваринних тканин: видові ан-тигени, антигени еритроцитів та антигени ядерних клітин.Видові антигени характерні для біологічного виду, у людини

вони представлені сироватковими білковими антигенами. У си-роватці крові людини виявляють близько 16 різних антигенів. Усудовій медицині, наприклад, використовують виявлення цихантигенів для визначення видової належності плям крові абоінших біологічних рідин.Антигени еритроцитів — глікопротеїни (ізоантигени). За цими

антигенами люди розрізняються у межах виду на окремі групи.Відомо понад 100 еритроцитарних антигенів, які об’єднуються в19 ізоеритроцитарних систем. За цими антигенами усі люди поді-ляються за чотирма групами крові системи АВ0, представникикожної з них можуть бути резус-позитивними або резус-негатив-ними. Ізоантигени еритроцитів систем АВ0 та Rh (резус-антиге-ни) мають велике значення при переливанні крові.Антигени ядерних клітин є також глікопротеїнами клітинних

мембран. Їх називають HLA (англ. Human leucocyte antіgens — лей-коцитарні антигени людини). На практиці для визначення антиген-ної структури тканин донора та реципієнта при пересадженняхорганів визначають саме антигени лейкоцитів. Вони є головнимкомплексом сумісності (гістосумісності) (ГКС, або англ. — MHC).Антигени ГКС представлені на мембранах усіх ядерних клітин.Існує два класи HLA. HLA класу І складаються з двох полі-

пептидних ланцюгів з різною молекулярною масою (α-ланцюг змолекулярною масою 44 кДа, β-ланцюг — 11,6 кДа). Основнабіологічна роль цих антигенів — позначення для імунної систе-ми «свого», який не підлягає атаці. НLA І класу ділять на А, B іC. За даними ВООЗ 1980 р., налічують 20 антигенів HLA — А,42 антигени HLA — В та 8 антигенів HLA — С. Ці антигени

139

визначають за допомогою антитіл, які утворюються в організмівагітних жінок внаслідок імунізації антигенами плода.

HLA класу ІІ складаються з двох поліпептидних ланцюгівприблизно однакової молекулярної маси (34 і 38 кДа). Ці антиге-ни представлені, передусім, на мембранах клітин, які берутьучасть в імунній відповіді — макрофагів, Т- та В-лімфоцитів. Їхрозділяють на HLA — D та HLA — DR і визначають при суміс-ному культивуванні лімфоцитів, при цьому антигени D збігають-ся з відповідними антигенами DR. Антигени D/DR беруть участьу регуляції імунної відповіді. Таким чином, відомо 82 варіантиантигенів системи HLA. Їхня наявність в організмі людини кон-тролюється генами 6-ї хромосоми. Розрахунки показують, щонабір антигенів ГКС, які збіглися, може теоретично існувати удвох осіб із 5 мільярдів, тобто практично однаковий набір мо-жуть мати тільки однояйцеві близнюки.

Встановлено певний зв’язок деяких захворювань з деякимиантигенами HLA. Наприклад, від 71 до 100 % людей, які страж-дають на анкілозуючий спондиліт, мають антиген HLA-B27, тимчасом, як серед здорових людей частота наявності цього анти-гену лише 3–12 %. Люди з антигеном B7 часто характеризують-ся імунологічною дефектністю щодо певного вірусу, що можепризводити до розвитку латентної вірусної інфекції. Визначенняантигенів еритроцитів і системи HLA має значення для визна-чення батьківства, материнства, оскільки існують закони успад-кування цих антигенів.

Існує органна, органоїдна, стадіоспецифічність. Наприклад,альфа-фетопротеїн міститься в організмі плода, а у дорослогоне виявляється. Якщо його знаходять в організмі дорослого, цевказує на первинний рак печінки.Існує також патологічна специфічність (опікові, променеві,

ракові антигени, автоантигени), яка виникає внаслідок зміниструктури білків організму, адсорбції хімічних речовин на кліти-нах, травми.

6. СТРУКТУРА АНТИТІЛ.КЛАСИ ІМУНОГЛОБУЛІНІВ

Антитіло — білок-імуноглобулін, який виробляється в організміу відповідь на антиген і здатний специфічно взаємодіяти з відпо-

140

відним антигеном. Нині часто застосовують термін імуно-глобулін. Ці терміни можна вважати синонімами.

Імунна сироватка — це сироватка крові, яка містить великукількість антитіл до певного антигену. Імунні сироватки отри-мують шляхом введення тваринам відповідного антигену. Ворганізмі тварини виробляються антитіла на цей антиген, з кровітакої тварини й отримують імунні сироватки. Цей процес нази-вається імунізація. Імунні сироватки використовують для профі-лактики, лікування та діагностики інфекційних захворювань.Антитіло — фактор специфічного гуморального імунітету,

молекула, яка розпізнає антиген.Антитіла є специфічними білками-імуноглобулінами. Їхня бу-

дова була визначена Г. Едельманом і Р. Портером, які вивчалитак звані мієломні білки — продукти злоякісного розвитку пев-ного клону лімфоцитів у хворих на мієлому. Інколи мієлома роз-вивається з однієї плазматичної клітини, тоді в організмі нако-пичується багато однакових молекул імуноглобуліну, які легковивчати. Сьогодні з цією метою застосовують моноклональніантитіла.Молекула будь-якого імуноглобуліну структурно організова-

на за одним планом (рис. 7.2).Вона складається з двох типів ланцюгів — важких (Н — англ.

heavy) та легких (L — англ. lіght). Ланцюги зв’язані дисульфідни-ми містками. Легкі ланцюги мають молекулярну масу 20 кДа,містять 213–216 амінокислотних залишків і наполовину маютьоднакову первинну структуру незалежно від специфічності доантигену. Друга половина легких ланцюгів може мати багатоваріантів, послідовність амінокислотних залишків у неї різна уантитіл до різних антигенів. Важкі ланцюги (молекулярна масадорівнює 50 кДа, близько 500 амінокислотних залишків) склада-ються на 3/4 з константної та на 1/4 — з варіабельної частин.Активний центр антитіла, який реагує з антигеном, називаєть-

ся паратопом. Він утворений варіабельними ділянками легких іважких ланцюгів.При розщепленні протеолітичними ферментами з молекули

імуноглобуліну утворюються два або три фрагменти. У разі діїпепсину — Fc- і (Fab)2 -фрагменти, папаїну — Fc- і 2 Fab-фраг-менти.

Fc-фрагмент (англ. Fragment crіstallіzable) — фрагмент, якийкристалізується, або константний фрагмент, має однакову бу-

141

дову незалежно від специфічності імуноглобуліну до антигену.Він утворений константними частинами двох важких ланцюгів.У зоні Fс-фрагмента містяться рецептори до фагоцитів, компле-менту, а також ділянки, які визначають видову, групову та інди-відуальну антигенну специфічність молекули імуноглобуліну.Хоча Fc-фрагмент безпосередньо не реагує з антигеном, він ви-значає біологічну активність імуноглобуліну та його участь вімунологічних реакціях.

Fаb-фрагмент (англ. Fragment antіgen bіndіng) — фрагмент,який реагує з антигеном. Він створений приблизно половиноюважкого ланцюга та легким ланцюгом, варіабельні частини якихформують активний центр — паратоп. (Fаb)2-фрагмент є диме-ром Fаb-фрагмента, має два активні центри для зв’язку з анти-геном.

Гіперваріабельні ділянки Легкийланцюг

Важкийланцюг

Шарнірна ділянка

Комплементзв’язуючаділянка

Вуглевод

VL і VH — варіабельні ділянкиCL і CH — константні ділянки

Міжланцюговідисульфіднізв’язки

Внутрішньо-ланцюговідисульфіднізв’язки

Забезпечення

біологічної активності

Зв’язування антигену

Рис. 7.2. Структура молекули імуноглобуліну (за W. E. Paul)

142

Імуноглобуліни за будовою та біологічними властивостямиподіляються на 5 класів (табл. 7.1).

Імуноглобуліни кожного класу мають принципово однаковуорганізацію, вони складаються з одного або кількох мономерів.Мономер містить характерний для цього класу імуноглобулінівважкий ланцюг, а легкі ланцюги (їх може бути два варіанти —або обидва легкі χ-ланцюги, або λ-ланцюги) у всіх класів іму-ноглобулінів однакові, відрізняються лише по відношенню до ан-тигену. Крім того, імуноглобуліни можуть містити додатковийJ-ланцюг та додаткові компоненти. Усі молекули імуноглобулінівмістять вуглеводи.ІgG — основний клас імуноглобулінів. Структура ІgG відпові-

дає вищезазначеній. У сироватці міститься до 80 % антитіл кла-су ІgG. Молекулярна маса їх близько 160 кДа, це 7S-антитіла —єдиний клас антитіл, який проходить через плаценту, утворюю-чи натуральний пасивний імунітет. ІgG беруть участь в основ-них реакціях організму на антиген, можуть активувати компле-мент і фагоцитоз.ІgM — макроглобуліни, їх вміст у сироватці крові становить

5–10 % усіх антитіл. Молекулярна маса ІgM близько 1000 кДа,це 19S-антитіла, вони — пентамери. Кожний мономер за будо-вою подібний до ІgG, але важкий ланцюг цього імуноглобулінувідрізняється від важкого ланцюга ІgG та інших імуноглобулінів.

Таблиця 7.1. Фізико-хімічні властивості імуноглобулінів людини

Ізотип імуноглобуліну *

ІgG ІgM ІgA ІgD ІgE

Середня концентраціяв сироватці, г/л 14 1,5 3 0,05 0,00005

Маса, кДа 160 970 160 184 188Вуглеводи, % 2–3 12 7–11 9–14 12

Період напіврозпаду, 21 5 6 3 2 дн

Важкий ланцюг γ µ α δ ε (гамма) (мю) (альфа) (дельта) (іпсилон)

* Ізотип імуноглобуліну визначається типом важкого ланцюга.Різноманітні характеристики імуноглобулінів також визначаютьсяважким ланцюгом. Різновиди важких ланцюгів у межах класу фор-мують підкласи.

Характеристикаімуноглобулінів

143

ІgM структурно має 10 активних центрів, хоча водночас можутьбути активними не більше п’яти. ІgM раніше за всіх з’являютьсяв філогенезі та при імунній відповіді на антиген. Вони високоак-тивні, але специфічність їх дещо менша, ніж у ІgG, можуть акти-вувати комплемент та фагоцитоз.ІgA — секреторні антитіла. Їх може бути до 10 % у сироватці,

але основна маса міститься на слизових оболонках. Молекуляр-на маса може дорівнювати 170–350 кДа (7S–11S). Містять секре-торний компонент, який стабілізує його молекулу до дії протео-літичних ферментів, тому ІgA зберігають активність на слизо-вих оболонках дихальних шляхів, шлунково-кишкового тракту,сечовивідних шляхів. Вони виконують виключно важливу функ-цію у захисті організму від інфекційного агента, нейтралізуютьмікроорганізми у вхідних шляхах. Через плаценту не проходять,але передаються дитині з молоком матері.ІgE — реагіни, шкірно-сенсибілізуючі антитіла, відіграють

роль у алергічних реакціях. Містять цитофільний компонент длязв’язку з тучними клітинами, базофілами, клітинами шкіри.

ІgD — мало вивчені. Можливо, беруть участь в автоалергіч-них процесах.ІgE і ІgD належать до 7S-антитіл, їхній вміст у сироватці крові

сумарно не досягає 0,1 %.Вміст імуноглобулінів визначають кількісно за реакцією пре-

ципітації в гелі за Манчині, для чого застосовують набори імун-них сироваток проти важких ланцюгів імуноглобулінів, за анти-генною структурою яких імуноглобуліни різняться. Антигеннаструктура легких ланцюгів у імуноглобулінів різних класів одна-кова.

7. ПРИРОДНІ АНТИТІЛА

У сироватці крові завжди наявні так звані нормальні антитіла— це ізоантитіла та антитіла до мікрофлори, з якою людина зу-стрічається у повсякденному житті. У гнотобіонтів (безмікроб-них тварин) виявляється знижений вміст нормальних антитіл зарахунок відсутності значного антигенного впливу мікрофлори.У новонародженої дитини природні антитіла не виявляються,потім поступово зростають титри природних антитіл до їх стабі-лізації при дозріванні імунної системи організму.

144

Вважають, що ізоантитіла до антигенів системи АВ0 — ре-зультат імунізації антигенами мікроорганізмів, подібних за бу-довою до антигенів А і В.Існує генетична детермінованість натуральних антитіл — у

однояйцевих близнюків спостерігається схожість титрів нормаль-них антитіл. Це пов’язано з тим, що різні антигени у людиниможуть давати сильну або слабку відповідь, що контролюєтьсягенетично. При ідентичності генотипу у однояйцевих близнюківоднаковою буде й відповідь імунної системи на однакові антиге-ни.Нормальні антитіла до мікроорганізмів, мабуть, відіграють

певну роль у резистентності організму до інфекції, бо можутьвиконувати опсонізуючу функцію при фагоцитозі на початковихетапах взаємодії макроорганізму зі збудником, а також забезпе-чують активацію системи комплементу.

145

ЛЕКЦІЯ VIII

БІОЛОГІЯ ІМУННОЇ ВІДПОВІДІ

1. Феноменологія імунної відповіді2. Регуляція імунної відповіді3. Ідіотип-антиідіотипові взаємодії4. Клітинні основи імунної відповіді5. Клітинний імунітет6. Цитокіни7. Субпопуляції Т- і В-клітин8. Натуральні кілери

1. ФЕНОМЕНОЛОГІЯІМУННОЇ ВІДПОВІДІ

Розрізняють шість форм імунної відповіді організму на анти-ген: синтез антитіл, формування гіперчутливості негайного типу(ГНТ), гіперчутливості уповільненого типу (ГУТ), імунологічноїпам’яті, імунологічної толерантності, ідіотип-антиідіотипові взає-модії (табл. 6.2). Усі ці форми фактично можна звести лише додвох: формування антигенреактивних молекул (антитіл-імуно-глобулінів) і антигенреактивних клітин (сенсибілізованих лімфо-цитів зі специфічними до антигену рецепторами).

Синтез антитіл

Найпростіше демонструється імунна відповідь у формі син-тезу антитіл. Динаміка накопичення титрів антитіл після першо-го введення антигену (первинна імунна відповідь) характеризуєть-ся такими закономірностями. Антитіла у певній кількості з’яв-ляються з 7-го дня, максимуму титр антитіл досягає на 10–15-йдень, наприкінці місяця титри антитіл знижуються і лише незнач-но перевищують фонові (рис. 8.1).При вторинній імунній відповіді титри антитіл збільшуються

146

з другого дня, а зниження титрів антитіл відбувається значноповільніше, рівень титрів набагато вище.Динаміка накопичення антитіл, які належать до різних класів

імуноглобулінів, розрізняється при первинній і вторинній відповіді.При первинній відповіді можна побачити лише деяке відставан-ня росту IgG порівняно з рівнем IgM. При вторинній відповідітитри IgM зростають практично так само, як і при первинній,тим часом як титри IgG зростають швидше за титри IgM, а далідовго утримуються на високому рівні. Тому менш ніж черезмісяць після вторинної стимуляції антигеном у крові визнача-ються тільки IgG.

Імунологічна пам’ять

Описана динаміка антитіл є проявом імунологічної пам’яті —прискореного і підсиленого синтезу антитіл на вторинний кон-такт з антигеном.Імунологічна пам’ять обумовлена формуванням антиген-ре-

активних лімфоцитів — клітин пам’яті — Т- і В-. Короткочаснаімунна пам’ять обумовлена обома типами лімфоцитів, а трива-ла — пов’язана більше з Т-лімфоцитами, але існують також і

Логарифм

титру антитіл

Першевведенняантигену

Другевведенняантигену

Час, дн

IgG

0 7 14 21 28 35 42 49 56

IgGIgM IgM

Рис. 8.1. Динаміка накопичення антитіл при первинній тавторинній імунній відповіді

147

довгоіснуючі В-лімфоцити. Довгоіснуючі клітини пам’яті можутьперебувати у спокої понад 10 років без мітозів, що підтверджуєть-ся хромосомним аналізом лімфоцитів. При культивуванні лім-фоцитів людей, яким 10–15 років тому здійснювали радіотера-пію для лікування анкілозуючого спондилоартрозу, в деякихлімфоцитах були знайдені настільки грубі хромосомні аберації,що така клітина обов’язково б загинула при поділі. Отже, части-на лімфоцитів зберігалася без поділу протягом багатьох років,оскільки середня тривалість життя лімфоцита значно менша.Має значення вид антигену та його колоїдна структура, на-

приклад, корпускулярний антиген звичайно сприяє більш три-валій продукції антитіл, ніж антиген, розчинений у рідинах орга-нізму. Має значення також шлях введення антигену в організм— підшкірно або внутрішньовенно. При ін’єкції корпускулярногоантигену підшкірно синтез антитіл відбувається переважно влімфовузлі, регіонарному місці введення, при внутрішньовенно-му введенні імунна відповідь поширюється на багато лімфовузлівта селезінку.Підвищує імунну відповідь введення антигену з стимулято-

ром, наприклад, у суміші з ад’ювантом Фрейда, який міститьланолін, вазелінову олію та вбиті мікобактерії туберкульозу. Привведенні антигену, емульгованого в такому ад’юванті, відбуваєть-ся уповільнена резорбція антигену з олійної фази, що збільшуєтривалість антигенного впливу. Додавання мікобактерій підси-лює стимулювальний ефект на імуногенез за рахунок дії мура-мілдипептиду, який міститься у мікобактеріях.Підвищує рівень імунної відповіді введення антигену, адсор-

бованого на гелі гідроокису алюмінію (наприклад, на алюмі-нієвому галуні, рос. — квасцы) внаслідок утворення депо антиге-ну.

Із такої картини динаміки синтезу антитіл можна зробититакі практичні висновки:

— для утворення імунітету вакцину необхідно вводити зав-часно, щоб імунітет виробився до початку епідемії;

— необхідна повторна імунізація, при якій використовуєтьсяпідвищений синтез антитіл під час вторинної імунної відповіді(наприклад, імунізація вакциною АКДП проводиться тричі з пе-рервою в один місяць);

— необхідно використовувати ад’юванти для підвищення іму-ногенності вакцин (наприклад, застосовують вакцини, адсорбо-вані на гідроокисі алюмінію);

148

— якщо організм був раніше імунізований, то повторне вве-дення антигенів може створити імунітет у більш ранні строки.Наприклад, при проведенні екстреної профілактики правця улюдей, які були вакциновані, обмежуються лише введенням ана-токсину, тоді як невакцинованим паралельно вводять готові ан-титіла — протиправцеву сироватку;

— неоднакова динаміка титрів IgM- і IgG-антитіл дозволяєпроводити диференціацію між наявною нині інфекцією і тою, якабула раніше.В синтезі антитіл розрізняють 2 фази: індуктивну та продук-

тивну.Індуктивна фаза — це перші 24–72 год, коли відбувається за-

своєння антигенної інформації, розмноження і диференціаціяклітин. Індуктивна фаза сприйнятлива до радіації та цитоста-тиків, наприклад, кортизону.Продуктивна фаза може бути умовно поділена на клітинну (до

6 діб після введення антигену) та видільну (викид антитіл у кро-вообіг).Імунологічна толерантністьІмунологічна толерантність — відсутність імунної відповіді

організму на певний антиген. Вона може існувати як до типових,так і до автоантигенів.Природна імунологічна толерантність виникає до власних ан-

тигенів і контролює відсутність автоагресії імунної системи.Штучну імунологічну толерантність відкрили М. Гашек і

П. Медавар (1953) незалежно один від одного. На етапі відкрит-тя це явище найбільш докладно вивчено П. Медаваром. Кла-сичний дослід полягав у тому, що вагітним самкам мишей роби-ли розтин черевної стінки, після чого вводили кожному плодукрізь стінку матки суспензію клітин селезінки мишей іншої лінії.Після цього черевну стінку зашивали, вагітність тривала. Ново-народженим мишенятам через деякий час пересаджували шкірувід тієї лінії мишей, яка була донором клітин селезінки у даномуексперименті. Клаптик шкіри приживлявся так само, ніби це булашкіра тієї ж лінії мишей — сформувалася штучна імунологічнатолерантність.Штучна імунологічна толерантність формується при контакті

імунної системи з антигеном у ембріональному періоді, однакдля її підтримки, як визначили пізніше, необхідне збереженняантигену в організмі. Коли антиген повністю вилучається з орга-нізму, відновлюється імунна відповідь на цей антиген.

149

За Бернетом, стан імунологічної толерантності обумовленовиведенням із організму відповідних клонів лімфоцитів під впли-вом контакту незрілих клітин з великою дозою антигену. Однаксьогодні імунологічна толерантність трактується як активнийстан імунної системи, обумовлений антиген-дією реактивних Т-супресорів. Втрата толерантності призводить до розвитку авто-агресії імунної системи проти власного організму.

Форми імунної відповіді у вигляді гіперчутливості негайного(ГНТ) та уповільненого (ГУТ) типів будуть розглянуті докладнона лекції з теми «Алергія».

2. РЕГУЛЯЦІЯ ІМУННОЇ ВІДПОВІДІ

Імунна відповідь регулюється організмом за допомогою різнихмеханізмів. Насамперед, існує генетичний контроль сили імун-ної відповіді на певний антиген. Сила імунної відповіді на анти-ген А може бути вища, ніж на антиген В у цьому організмі, а віншому організмі — навпаки.Існують гени імунної відповіді (Ir-гени), зв’язані з генами голов-

ного комплексу гістосумісності (ГКС) у 6-й хромосомі. Вони здій-снюють генотиповий контроль відповіді організму на антиген.Регулятором сили імунної відповіді є також сам антиген. У

певних межах, чим вища доза антигену, тим сильніша імуннавідповідь. Однак існує низькодозова та високодозова толерант-ність (останню раніше позначали як імунологічний параліч).Мають значення також спосіб введення антигену, місце і крат-ність. Суттєвими також є агрегатний стан антигену (корпуску-лярний або розчинний), його валентність (кількість антигеннихдетермінант — епітопів), молекулярна маса.Регулює імунну відповідь також і кінцевий продукт імунної

відповіді — антитіло. Накопичення антитіл спричинює гальму-вання імунної відповіді. Велике значення має ізотип (клас) іму-ноглобулінів. Відомо, що наявність IgM стимулює, а IgG — галь-мує синтез антитіл. Це зумовлено тим, що Т-хелпери мають ре-цептор до IgM, а супресори — до IgG. Протягом первинної імун-ної відповіді спочатку синтезується IgM, потім відбувається пе-реключення на синтез IgG, отже, фазність продукування IgG єтакож фактором регуляції імунної відповіді. Така динаміка син-тезу IgG та IgM використовується у серологічній діагностиці.

150

Наприклад, одним із критеріїв діагнозу інфекційного захворю-вання є синтез до антигенів збудника антитіл класу IgM. На-явність тільки IgG-антитіл може свідчити про анамнестичну ре-акцію, як це вже обговорювалось раніше.

3. ІДІОТИП-АНТИІДІОТИПОВІ ВЗАЄМОДІЇ

Якщо всі вищезазначені форми імунної відповіді є результа-том роботи імунної системи проти антигену і спрямовані на розпіз-навання та вилучення чужорідного антигену, то ця форма імун-ної відповіді здійснює роботу імунної системи для власних по-треб і саморегуляцію імунної системи.Теорія ідіотип-антиідіотипових взаємодій (теорія імунологіч-

ної сітки, за Н. Джерне) складна, нині триває її подальший розви-ток. Розглянемо спрощене, схематичне поняття про основні ас-пекти теорії імунологічної сітки.У відповідь на антиген імунна система виробляє антигенре-

активні продукти, які спричинюють елімінацію антигену з організ-му.Коли антиген буде вилучено, залишаються тепер вже не по-

трібні клітинні системи для продукції антитіл та антигенреак-тивних лімфоцитів, а також готові антитіла. Якщо не буде меха-нізму їх гальмування, то імунна система, забруднена такими мо-лекулами і клітинами, не зможе оперативно реагувати на мінли-ву антигенну ситуацію в організмі, виконувати свою функціюімунологічного нагляду.Механізми регуляції функції імунної системи було розгляну-

то (саморегуляція за принципом зворотного зв’язку, регуляціяза рахунок концентрації антигену тощо), відіграє роль також ней-рогуморальна регуляція фізіологічних функцій організму. Однакнайбільш ефективна і тонка регуляція імунної відповідіздійснюється ідіотип-антиідіотиповим механізмом.Імуноглобуліни, що утворюються у відповідь на антиген,

розрізняються за класами та підкласами (за ізотипами), алоти-пами (варіанти будови білків усередині виду), хоча мають одна-кову специфічність взаємодії з цим антигеном. З іншого боку,молекули імуноглобулінів можуть належати до одного класу,підкласу та алотипу, однак мати активний центр до різних анти-генних детермінант, тобто розрізнятися за паратопами. Такі від-мінності дістали назву ідіотипових. Вони зумовлені будовою ак-

151

тивного центру (паратопу), комплементарного антигенній детер-мінанті (епітопу). Тому структура активного центру антитіла несевідбиток генетично чужорідної антигенної детермінанти, хоча іє результатом роботи власних генів організму (рис. 8.2).Отже, антитіла до різних антигенів можна розрізняти імуно-

логічно. В експериментах на лінійних тваринах доведено мож-ливість отримання антитіл, синтезованих в одному організмі,здатних розрізнювати імуноглобуліни з різною специфічністю доантигену. Таким чином, імунна система розрізнює імуноглобулі-ни за їхніми активними центрами і здатна утворювати антитіла,реагуючи з цими активними центрами, що підтверджено експе-риментально. Вони дістали назву антиідіотипові антитіла.Коли антиген сполучений зі створеними антитілами і буде

виведений із організму, залишок антитіл до цього антигену (ідіо-тип-позитивні молекули) спричинює утворення антиідіотиповихантитіл, що нейтралізують імуноглобуліни до цього антигену ігальмують клітини, які утворюють антитіла до цього антигену.Внаслідок цього утворення антитіл припиняється, а імуннавідповідь на антигенний стимул зупиняється.Після гальмування ідіотип-позитивних молекул та клітин (ана-

логічні процеси відбуваються і відносно специфічних клітиннихрецепторів проти антигенреактивних клітин) з’являється надмірнакількість антиідіотипових антитіл, які стимулюють роботу імун-ної системи проти своїх специфічних активних центрів, утворю-ються анти-антиідіотипові антитіла. Це повторюється 6–8 разів,відбувається зміна антиідіотипових продуктів із поступовим зни-женням рівня відповіді на черговий стимул, доки імунна відповідьне зупиниться зовсім на пороговому рівні. Утворюється складнаімунологічна сітка з ідіотипових та антиідіотипових молекул іклітин, яка перебуває в динамічній рівновазі.

Рис. 8.2. Спрощена схема ідіотип-антиідіотипових сітковихвзаємодій за N. Erne

152

Повторне введення антигену спричинює порушення рівнова-ги між цими продуктами, знову починає розвиватись імуннавідповідь у вигляді продукції ідіотип-позитивних антитіл та по-дальшої антиідіотипової реакції.Отже, маючи в своєму розпорядженні антиідіотипові антитіла,

можна регулювати функцію імунної системи у необхідному на-прямку за окремими клонами імунокомпетентних клітин. Експери-ментально доведено, що можна пригнічувати автоагресивні кло-ни при автоімунних процесах, стимулювати протипухлинний таантимікробний імунітет.Наприклад, утворюється несприйнятливість до інфекційної

хвороби за допомогою введення не вакцини із мікробних анти-генів, а антиідіотипових антитіл — так званих антиідіотиповихвакцин. Доведено також можливість розвитку протипухлинноїрезистентності при введенні антиідіотипових антитіл.Враховуючи можливість одержання моноклональних антитіл,

які продукуються за допомогою генів людини, таке управлінняфункцією імунної системи реальне уже сьогодні.Проте теорія імунологічної сітки значно складніша, ніж було

викладено вище. Має значення доза антиідіотипових антитіл.Доведено, що малі дози їх стимулюють, а великі — гальмуютьвідповідну реакцію імунної системи. Крім того, активний центрантиідіотипового антитіла не завжди повторює структуру анти-генної детермінанти, відбувається також синтез антиідіотипо-вих антитіл до інших ділянок молекули імуноглобуліну.Сіткові взаємодії ідуть паралельно і на рівні рецепторів Т-

лімфоцитів, тому обнадійливі перспективи імунорегуляції вима-гають обережної оцінки та коректної клінічної апробації до ши-рокого впровадження в практику.

4. КЛІТИННІ ОСНОВИІМУННОЇ ВІДПОВІДІ

Згадаємо про клітини, які беруть участь у імунній відповіді.Диференціація клітин гемопоетичного ряду вже вивчалась, томунаводимо лише спрощену схему (рис. 8.3).Усі клітини імунної системи, що відповідають за імунну реак-

тивність і неспецифічну резистентність, виникають з єдиної ге-мопоетичної стовбурової клітини. Диференціація не має зворот-

153

ного ходу, тобто якщо клітина пройшла певний етап диференці-ації, вона вже не здатна диференціюватися в іншому напрямкуабо повернутися на попередній етап. Це є важливим для розумін-ня механізмів імунної відповіді.Гуморальна імунна відповідь — це синтез антитіл. Антиген

поглинається макрофагом (А-клітина) та підлягає переробці (про-цесингу) (рис. 8.4). Імунологічно значущі компоненти антигенувиводяться на мембрану макрофага та розміщуються на ній укомплексі з антигеном гістосумісності ІІ класу, HLA-D (англ.Immuno-associated protein, імуно-асоційований протеїн — Іа-білок).У такому комплексі антиген ефективно розпізнається лімфоци-тами, його імуногенність зростає у 1000 разів, тому антиген, про-цесований макрофагом і з’єднаний з Ia-білком, іноді називаютьсуперантигеном. Макрофаг виконує не тільки підготовку, а й анти-

Тимус

Сенсибілізовані

лімфоцити

Плазматичні

клітини

Кістковий мозок

Еритро-поезМегакаріо-

цитопоез

Гранулоцитопоез

Рис. 8.3. Схема розвитку клітин імунної системи:ГСК — гемопоетична стовбурова клітина; ЛСК — лімфопоетична

стовбурова клітина; ПТ — попередник Т-лімфоцитів; Т — Т-клітина;ЕК — епітеліальна клітина тимуса; ТГФ — тимічні гормональні фак-тори; Тх — Т-хелпер; Те — Т-ефектор; Тс — Т-супресор; ПВ — попе-редник В-лімфоцитів; В — В-клітина; M, D, G, A — імуноглобуліновірецептори, які належать до різних класів імуноглобулінів; КУК — ко-лонієутворювальна клітина; МФ — макрофаг (моноцит)

154

генпрезентуючу функцію — представляє антиген іншим клітинам.Крім макрофага, значну роль у презентації антигену відігра-

ють також дендритні клітини, в петлях яких затримуються імуно-компетентні клітини, що беруть участь в імунній відповіді.В організмі існує велика кількість антигенпрезентуючих клітин,

більшість з них експресують молекули ГКС ІІ класу постійно.

Антиген (мікробна клітина)

IgG

Рецептордо Fc-фрагмента

IgG

Комплемент

Рецептор докомплементу

Адсорбція

Погли-нання Фагосома

Фаголізосома

Лізосома

Злиття

Перетравленняз процесингомантигену

Мембранамакрофага

Ядро

Іа-білок(ГКС-ІІ)

«Супер-антиген»

Екзоцитозуламків мікроба

а

б

Рис. 8.4. Фагоцитоз макрофагом опсонізованого антигену:а — схема адсорбції на мембрані макрофага мікробного антигену,

опсонізованого антитілом і комплементом, за участі рецепторів до Fc-фрагмента імуноглобуліну і рецепторів до С3; б — схема фагоцитозумікробного антигену з процесингом і презентацією антигену вкомплексі з антигеном ГКС ІІ класу

155

Інші клітини, подібні до Т-лімфоцитів і клітин ендотелію, мо-жуть стимулювати експресію молекул ГКС–ІІ відповіднимилімфокінами (табл. 8.1).Відносна роль кожного типу клітин залежить від виду імунної

відповіді (первинна чи вторинна) і місця реакції. Найбільш вив-чені антигенпрезентуючими клітини — макрофаги та дендритніклітини. Однак у деяких випадках В-клітини можуть бути важли-вими антигенпрезентуючими клітинами, які мають на поверхніспецифічні до антигену імуноглобулінові рецептори. За допомо-гою цих рецепторів антиген приєднується до В-клітин і презен-тується іншим імунокомпетентним клітинам. Роль В-клітин стаєособливо суттєвою при вторинній імунній відповіді, особливо,якщо концентрація антигену низька. При первинній імуннійвідповіді кількість специфічних В-клітин мала, їхні рецепторимають низьку афінність; у цьому випадку, імовірно, найважливі-шими є макрофаги та дендритні клітини.Ключовою особливістю всіх антигенпрезентуючих клітин є

те, що вони можуть поглинати антиген, розщеплювати і презен-тувати його Т-клітинам у комплексі з Іа-антигеном.Надалі клітинні взаємодії відбуваються так (рис. 8.5): Т-хел-

пер, що має специфічний до антигену рецептор, реагує своїм ре-цептором з антигеном, який представлений антигенпрезентую-чою клітиною у комплексі з Іа-білком. Т-хелпер розпізнає чужо-рідний антиген тільки у такому комплексі. Він має подвійний ре-цептор — до чужорідного антигену та до свого Іа-білка. Не зовсімзрозуміло, відбудеться таке подвійне розпізнавання поряд розмі-щених антигену та Ia-білка, чи необхідна взаємодія антигену зІа-білком із взаємною зміною їх структури, тоді розпізнаваннямає йти одним зміненим рецептором Т-хелпера. В результаті Т-хелпер одержує перший специфічний активуючий сигнал — відантигену.Необхідно ще два сигнали. Один з них — адгезивні молекули

на поверхні макрофага і Т-хелпера (інтегрини). Тільки компле-ментарна взаємодія адгезивних молекул на поверхні цих клітиндає можливість ефективної їх взаємодії.Другий сигнал — це ІЛ-1 (інтерлейкін-1), який продукується й

іншими клітинами і до якого є рецептор у Т-хелпера.Обидва сигнали є неспецифічними щодо антигену, але не-

обхідні для активації Т-хелпера. В результаті цього Т-хелперактивується специфічним сигналом та двома неспецифічними,що приводить до проліферації Т-клітин і продукування ними

156

Група

Тип

Локалізація

Фагоцитуючі

клітини

Моноцити

Кров

+

Макрофаги

Тканини

+

Макрофаги

крайових зон

Селезінка

і лімфатичні вузли

+

Клітини

Купфера

Печінка

+

Мікроглія

Мозок

++

++

+

Лімфоцити

В-клітини

Лімфоїдна тканина і ділянки

Т-клітини

імунної відповіді

в тканинах

+(+

++

)

Нефагоцитуючі

конститутивніКлітини

Лангерганса

Шкіра

++

Інтердигітатні клітини

Лімфоїдна тканина

++

Антигенпрезентуючі

клітини

Фолікулярні дендритні клітиниЛімфоїдна тканина

0

Факультативні

Астроцити

Мозок

0

Антигенпрезентуючі

клітини

Фолікулярні клітини

Щитоподібна залоза

0

Ендотелій

Судинна

та лімфоїдна тканина

0

Фібробласти

Сполучна тканина

++

Таблиця

8.1.

Антигенпрезентуючі

клітини

Експресія

антигенів

ГКС

ІІ

класу

157

інших лімфокінів: факторів росту та диференціювання В-клітин— ІЛ-4, ІЛ-5 тощо. Ці лімфокіни (інтерлейкіни) є неспецифічнимактивуючим фактором для проліферації та диференціювання В-лімфоцитів. Але В-лімфоциту потрібен також і специфічний ак-тивуючий сигнал — взаємодія його імуноглобулінового рецеп-тора з антигеном на макрофагу, або навіть у деяких випадках —з розчиненим антигеном. Реагуватиме тільки той В-лімфоцит,імуноглобуліновий рецептор якого специфічний до антигену. А

Антиген

Ig-рецептор

Т-рецептор

Фактори ростуі диференціювання

В-клітин

Інтегрини

Рис. 8.5. Взаємодія клітин (міжклітинна кооперація) при гумо-ральній імунній відповіді

МФ

158

рецептор В-лімфоцита вже є «заякореним» антитілом. В-лімфо-цит, який одержав два активуючих сигнали через свої рецепто-ри (від антигену та фактора росту В-клітин ІЛ-4), проліферує тадиференціюється в антитілоутворювальну клітину, що синтезуєантитіла до цього антигену, який спричинив стимуляцію цієїклітини. Внаслідок цього продукуються специфічні імуноглобу-ліни, реалізується гуморальна імунна відповідь.

Антиген

Інші ІЛ, які стимулюють зростаннята диференціювання Т-клітин

АнтигенреактивніТ-клітини:

хелпери,супресори,кілери,ефектори гіперчутливостіуповільненого типу,контрсупресори,клітини пам’яті

Гіперергічне запалення,відторгнення трансплантата,протипухлинний імунітет,протимікробний імунітет,противірусний імунітет

Інтегрини

Рис. 8.6. Взаємодія клітин (міжклітинна кооперація) при клітиннійімунній відповіді

159

Клітинна імунна відповідь

Вона формується дещо раніше, ніж гуморальна (рис. 8.6).Аналогічно відбувається активація Т-хелпера антигеном і ІЛ-1,внаслідок чого активований Т-хелпер (індуктор) продукує ІЛ-2,лімфокін Т-Т взаємодії. ІЛ-2 спричинює проліферацію Т-хелперівта диференціацію їх в ефекторні Т-клітини (кілери, супресори,клітини пам’яті, ампліфаєри, ефектори ГУТ). Т-лімфоцити та-кож активуються за принципом подвійного сигналу — специфіч-ного (взаємодія рецептора з антигеном) та неспецифічного (взає-модія рецептора з ІЛ-2).Отже, імунна відповідь базується на відбиранні та стимуляції

розмноження (проліферації) і диференціюванні лімфоцитів, здат-них реагувати з антигеном до контакту з антигеном. Роль анти-гену полягає у виборі та підтримці розмноження й диференцію-вання відповідного клону лімфоцитів. Так формуються і клітин-ний, і гуморальний імунітет.Особливо важливе значення у захисті організму та імуноло-

гічному нагляді має клітинний імунітет.

5. КЛІТИННИЙ ІМУНІТЕТ

Термін клітинно-опосередкований імунітет, або клітинний іму-нітет визначає специфічні імунні реакції, в яких антитіла не бе-руть участі, а основну роль відіграють антиген-реактивні лімфо-цити. Тривалий час єдиним відомим проявом клітинного імуні-тету була гіперчутливість уповільненого типу (ГУТ), результа-том якої буває переважно ушкодження, а не захист.Вперше реакція такого типу була описана Робертом Кохом

(1890). Вчений виявив, що у результаті внутрішньошкірного вве-дення мікробактерій туберкульозу або білкового екстракту з них(туберкуліну) у інфікованих туберкульозом, але не у здоровихморських свинок, розвивається підвищена шкірна реакція. Післяцього туберкулінова проба стала прикладом ГУТ, а реакції та-кого типу називали туберкуліноподібними реакціями. Термін упо-вільнена гіперчутливість пов’язаний з тим, що найбільш вира-жена шкірна реакція розвивається через 48–72 год після введен-ня антигену. Реакція спостерігається як утворення щільного вуз-лика з інфільтрацією мононуклеарними клітинами.

160

ГУТ імунологічно специфічна, але не обумовлена антитілами іпасивно не передається сироваткою. Клітинна основа ГУТ буладоведена К. Ландштейнером та М. Чейзом (1942) на підставі вста-новленої ними можливості пасивної передачі ГУТ шляхом вве-дення морським свинкам суспензії лейкоцитів крові сенсибілі-зованих до туберкуліну донорів. Потім було доведено, що ГУТ таінші типи клітинного імунітету детермінуються Т-лімфоцитами.Клітинний імунітет бере участь у таких імунологічних функціях:1. Гіперчутливість уповільненого типу.2. Імунітет при інфекційних хворобах, спричинених облігат-

ними та факультативними внутрішньоклітинними паразитами.Це бактеріальні інфекції (туберкульоз, лепра, лістеріоз, бруце-льоз), грибкові (гістоплазмоз, кокцидіоїдомікоз, бластомікоз),протозойні (лейшманіоз, трипаносомоз) та вірусні (кір, паротит).

3. Трансплантаційний імунітет та реакції «трансплантат про-ти хазяїна».

4. Імунологічний нагляд.5. Протипухлинний імунітет.6. Патогенез деяких автоімунних хвороб (тиреоїдит, енцефа-

ломієліт).

Механізм клітинного імунітету

Для розвитку клітинного імунітету важливим є характер ан-тигенного стимулу. Він найкраще розвивається при зараженнівнутрішньоклітинними паразитами. Мертві вакцини та інші не-живі антигени не стимулюють клітинного імунітету, якщо не вво-дити разом зі стимуляторами типу ад’юванту Фрейнда. ТількиТ-залежні антигени сприяють розвитку клітинного імунітету.Нанесення на шкіру деяких хімічних речовин (наприклад, диніт-рофторбензолу) спричинює уповільнену гіперчутливість.Кожна Т-клітина має на своїй поверхні специфічний рецеп-

тор для однієї антигенної детермінанти (епітоп) і поєднуєтьсятільки з антигенами, які несуть цей епітоп. При контакті з відпо-відним антигеном Т-лімфоцити піддаються бласттрансформації,проліферації та диференціюванню у клітини пам’яті та ефекторніклітини, які забезпечують клітинний імунітет.При розвитку реакцій клітинного імунітету Т-хелпери реагу-

ють з антигенами, які представлені на поверхні макрофагів абоінших клітин у комплексі з молекулами ГКС ІІ класу. У цьомувипадку вони звільняють біологічні медіатори (лімфокіни), які

161

активують макрофаги і сприяють загибелі внутрішньоклітиннихпаразитів.Цитотоксичні Т-лімфоцити розпізнають на поверхні клітин

(типу інфікованих вірусом, пухлинних або клітин транспланта-та) антиген разом з молекулами ГКС І класу, виділяють лімфо-кіни і знищують ці клітини.

6. ЦИТОКІНИ

Біологічно активні речовини, виділені активованими Т-лімфоци-тами, дістали назву лімфокіни. Подібні речовини, продуковані мо-ноцитами або макрофагами, мають назву монокіни. Спочатку їм да-вали назви, основані на виявлених біологічних ефектах (табл. 8.2).Оскільки більшість лімфокінів виявляє різноманітну біологіч-

ну активність, і той самий ефект може бути спричинений різни-ми лімфокінами, їх назви не були точними. Тому було введеноназву інтерлейкін для тих продуктів лейкоцитів, які здійснюютьрегуляторний вплив на інші клітини. Подібний ефект виявленотакож у інтерферонів і факторів росту, тому їх було об’єднанотерміном цитокіни.

Таблиця 8.2. Основні лімфокіни

На що впливають Назва лімфокіну

На макрофаги Фактор пригнічення міграціїФактор активації / агрегаціїмакрофагівФактор хемотаксису макрофагів

На лімфоцити Фактор бласттрансформації /мітогенний факторФактор росту Т-клітинФактор росту В-клітин

На гранулоцити Хемотаксичний факторКолонієстимулювальний фактор

На клітини, які розвиваються ЛімфотоксинІнтерферонФактор некрозу пухлини

Інші Фактор реактивності шкіриФактор переносу

162

Назва

Головні джерела

Головні функції

А. Інтерлейкіни

(ІЛ

)ІЛ

-1Макрофаги

та інші

Проліферація

і диференціювання Т

-, В

- та

інших клітин

; пірогенний

ефект;

ін-

типи

клітин

дукція

білків гострої фази;

проліферація

клітин

кісткового мозку

. М. м

. 17

500

ІЛ-2

Т-клітини

Стимуляція

росту і диференціювання Т

- і В

-клітин

, цитотоксичність

Т-

і N

K-клітин

, секреція

інших лімфокінів

. М

. м

. 15

500

ІЛ-3

Т-клітини

Мульти

-КСФ

(колонієстимулювальний

фактор

). М

. м

. 15

000

ІЛ-4

ТН

-клітини

Проліферація

В- і цитотоксичних Е

-клітин

; підвищення продукції

IgG

1 та

IgE

; збільшення рецепторів

до

антигенів

МНС

класу

ІІ та

IgE

. М

. м

. 20

000

ІЛ-5

ТН

-клітини

Проліферація

еозинофілів

, стимуляція

продукції

IgA

та

IgM

. М

. м

. 45

000

ІЛ-6

ТН

-клітини

, макрофаги

,Стимуляція

диференціювання В

-клітин

, продукції

IgG

, білків гострої фази

.фібробласти

М. м

. (1

9–34

)·10

00ІЛ

-7Селезінка

, строма

Фактор

росту В

- та

Т-клітин

. М

. м

. 25

000

кісткового

мозку

ІЛ-8

Макрофаги

, інші

Фактор

хемотаксису

нейтрофілів

. Належить

до

хемокінів

. М

. м

. 8

500

ІЛ-9

Т-клітини

Зростання та

проліферація

Т-клітин

. М

. м

. 40

000

ІЛ-1

0Т

-, В

-клітини

, макрофаги

Пригнічує

продукцію

ІФН

та функції

мононуклеарних клітин

. М

. м

. 40

000

ІЛ-1

1Клітини

строми

кістково

-Індукує білки

гострої фази

, вироблення тромбоцитів.

М. м

. 23

000

го мозку

ІЛ-1

2В

-клітини

, макрофаги

Активує Т

- і

NK

-клітини

. М

. м

. 70

000

ІЛ-1

3ТН

-клітини

Інгібірує

функції

мононуклеарних клітин

. М

. м

. 12

000

В. Колонієстимулювальні фактори

(КСФ

)ГМ

-КСФ

Т-клітини

, макрофаги

,Гранулоцитарно

-макрофагальний

колонієстимулювальний

фактор

. М

. м

.фібробласти

(18–

24)·

1000

Таблиця

8.3.

Цитокіни

163

Цитокіни — пептидні меді-атори або міжклітинні посе-редники, які регулюють імуно-логічні, запальні та репара-тивні реакції хазяїна. Це висо-коактивні гормоноподібні ре-човини, активні навіть у фем-томолярній концентрації(10–15 М). Від ендокринних гор-монів вони вирізняються тим,що продукуються не спеціалі-зованими залозами, а широкорозповсюдженими клітинамитипу лімфоцитів, макрофагів,тромбоцитів, фібробластів, ви-являють не загальну, а місце-ву дію поблизу продукуючихклітин (паракринний ефект)або безпосередньо діючи наклітини-продуценти (автокрин-ний ефект).Звичайно вони мають різно-

манітний вплив на зростання ідиференціювання різних типівклітин. Дія різних цитокінівможе значно перекриватиодна одну. Клонування ци-токінів і наявність багатока-нальних антитіл проти нихдозволили охарактеризуватиїх повніше (табл. 8.3).Інтерлейкін-1. Вперше опи-

саний у 1972 р. як фактор, щоактивує лейкоцити, і у 1974 р.як фактор, який активує В-клі-тини. Цей цитокін був перей-менований у інтерлейкін-1 (ІЛ-1) у 1979 р. ІЛ-1 — стабільнийполіпептид, який зберігаєсвою активність при 56 °С і прирН=3–11. ІЛ-1 існує у двохГ

-КСФ

Фібробласти

, ендотелій

Стимуляція

росту гранулоцитів.

М. м

. (1

9–22

)·10

00М

-КСФ

Фібробласти

, ендотелій

Стимуляція

росту макрофагів

. М

. м

. (4

0–90

)·10

00

С. Фактори

некрозу

пухлини

(ФНП

)ФНП

-αМакрофаги

, моноцити

Цитотоксичність

по

відношенню

до

пухлини

, ліполіз,

атрофія

, активація

білків гострої фази

, активація

фагоцитуючих клітин

, антивірусне та

проти

-паразитарна дія,

у надлишку

спричинює ендотоксичний

шок.

М. м

. 17

000

ФНП

-βТ

-клітини

Стимулює інші цитокіни

. М

. м

. 17

000

D. Інтерферони

ІФ-α

Лейкоцити

, фібробласти

Антивірусна активність

. М

. м

. 20

000

ІФ-β

Лейкоцити

, фібробласти

Антивірусна активність

. М

. м

. 20

000

ІФ-γ

Т-клітини

Антивірусна активність

, активація

макрофагів

; експресія

на клітинах

анти

-генів

МНС

класу

ІІ.

М. м

. 45

000

164

молекулярних формах — α- і β-. ІЛ-1 переважно виділяється мак-рофагами і моноцитами, але може також продукуватися біль-шістю інших ядерних клітин. Його продукування стимулюєтьсяантигенами, токсинами, ушкодженнями та запальними процеса-ми й пригнічується кортикостероїдами та простагландинами.Імунологічні процеси IЛ-1 виявляються у стимулюванні про-

дукції Т-клітинами ІЛ-2 та інших лімфокінів, проліферації В-клітин та синтезу антитіл, хемотаксису нейтрофілів і фагоцито-зу. Він є медіатором широкого кола метаболічних, фізіологіч-них, запальних і гематологічних ефектів, діючи на спинний мо-зок, епітеліальні та синовіальні клітини, фібробласти, остеокла-сти, гепатоцити, судинний ендотелій тощо. ІЛ-1 — важливийендогенний піроген. Разом із фактором некрозу пухлини вінвідповідає за численні гематологічні зміни при септичному шоку,збільшує початкове запалення менінгеальних оболонок при бак-теріальному менінгіті.Доведено, що інгібітори цитокінів захищають від наслідків

такого надмірного менінгеального запалення. З іншого боку, ІЛ-1чинить сприятливий вплив при тяжких інфекціях у імунокомпро-метованих осіб.Інтерлейкін-2. Відкриття у 1976 р. фактора росту Т-клітин, що

продукують активовані клітини, який спричинив проліфераціюТ-клітин і забезпечував безперервне розмноження їх у культурі,дало дуже багато для розуміння Т-клітин. Цей цитокін (ІЛ-2) ємогутнім модулятором імунної реакції. Це головний активаторТ- і В-клітин, він стимулює також цитотоксичні Т-клітини і NK-клітини. Він забезпечує перетворення деяких нульових клітин(ВГЛ — великі гранулярні лімфоцити) у лімфокін-активовані кіле-ри (ЛАК), які можуть знищувати пухлинні клітини, стійкі до NK.Цю здатність використовують під час лікування деяких видівракових пухлин.Інтерлейкін-3. Це фактор росту для стовбурових клітин кістко-

вого мозку. Він стимулює гемопоез багатьох клітин, тому відо-мий також як мультиколонієстимулювальний фактор (мульти-КСФ).Інтерлейкін-4. Раніше відомий як фактор росту В-клітин

(ФРБК-1), ІЛ-4 активізує В-клітини, які перебувають у спокої, ідіє як фактор диференціювання В-клітин. Він також діє як фак-тор росту для Т-клітин і тучних клітин, підвищує активність ци-тотоксичних Т-клітин, може відігравати роль при атопії, оскіль-ки підвищує синтез IgE.

165

Інтерлейкін-5. Відомий раніше як фактор росту В-клітин-ІІ(ФРВК-ІІ), ІЛ-5 спричинює швидку проліферацію активованихВ-клітин. Він також стимулює достигання еозинофілів.Інтерлейкін-6. Продукується стимульованими Т- і В-клітина-

ми, макрофагами та фібробластами. Він стимулює синтез акти-вованими В-клітинами імуноглобуліну і формування рецепторівдо ІЛ-2 на Т-клітинах, виявляє стимулювальний ефект на гепа-тоцити, нервові і кровотворні клітини. Діє як медіатор запальноїреакції при протиінфекційному захисті організму.Колонієстимулювальні фактори (КСФ). Ці цитокіни стимулю-

ють зростання і диференціювання плюрипотентних стовбуровихклітин у кістковому мозку. Їх називають на ім’я типів колонійклітини, які вони стимулюють у агаровій культурі (наприклад,гранулоцит — ГКСФ, або мононуклеарний — МКСФ). ІЛ-3, якийстимулює ріст усіх типів кровотворних клітин, відомий як муль-ти-КСФ.Вони спричинюють в організмі також інші ефекти, можливо,

стимулюючи каскади інших цитокінів. Вони відповідають за ре-гулювання швидкості формування клітин крові відповідно допотреб, наприклад, при гнійних інфекціях визначають масивнуреакцію гранулоцитів. Колонієстимулювальні фактори маютьклінічне застосування для лікування порушення гемопоезу приінфекціях і зростанні пухлин.Фактори некрозу пухлин (ФНП). Існують два типи факторів

некрозу пухлини — α і β.Сироватковий фактор, здатний стимулювати геморагічний

некроз у деяких пухлин, дістав назву фактор некрозу пухлин. Цяречовина була описана незалежно як кахектин (сироватковийфактор), який є причиною виснаження при хронічних інфекціях.Цей фактор був переіменований у ФНП-α. Створюється пере-важно активованими макрофагами та моноцитами. Він схожий зІЛ-1 у прояві досить широкого спектра біологічної дії типу участіу симптоматиці ендотоксичного шоку, діє на інші цитокіни якімуномодулятор. ФНП-β, відомий раніше як лімфотоксин, про-дукується переважно Т-хелперами. Його ефекти подібні доефектів ФНП-α.Інтерферони (ІФН). Спершу їх ідентифікували як антивірусні

агенти, нині інтерферони класифікують як цитокіни. Існують трикласи інтерферонів: α-, який продукують лейкоцити, β-, який про-дукують фібробласти, та γ-, який продукується Т-клітинами, ак-тивованими антигенами, мітогенами або ІЛ-2. γ-ІФН виявляє

166

багато імунологічних ефектів типу активації макрофагів, підви-щення функції нейтрофілів і моноцитів, а також протипухлинноїактивності.Продукцію цитокінів регулюють екзогенні стимули типу ан-

тигенів і мітогенів, а також ендогенні фактори типу нейроендо-кринних гормонів і гормональних пептидів (кортикостероїди, ен-дофіни) та ін. Вони також справляють взаєморегулювальну діюодин на одного. Багато цитокінів (наприклад, ІЛ-1, -2, -3, коло-нієстимулювальний фактор, інтерферони) вже знайшли терапев-тичне застосування.Фактор переносу. Пасивна передача клітинного імунітету спо-

чатку досягалась введенням живих лейкоцитів від сенсибілізо-ваних донорів. Х. Лоуренс (1954) виявив перенесення клітинногоімунітету у людей шляхом введення екстракту лейкоцитів. Цейекстракт було названо фактором переносу (ФП). Перенесенийімунітет є специфічним, клітинний імунітет може передаватисятільки до антигенів, до яких донор чутливий.ФП — низькомолекулярна речовина, яка діалізується (м. м.

2000–4000). Він стійкий до трипсину, ДНК-дази, РНК-ази, замо-рожування та відтавання. Стійкість зберігається протягом 30 хвпри 56 °С. ФП не є антигенним, за хімічною природою, імовірно,це поліпептид-полінуклеотид.ФП високоактивний, для перенесення досить екстракту з 0,1 мл

осаду лейкоцитів. Перенесений клітинний імунітет є загальним,а не локалізованим у місці введення. Після введення ФП у реци-пієнта можна виявити гіперчутливість уповільненого типу урізноманітних тестах клітинного імунітету in vitro. Гуморальнийімунітет не передається ФП.Механізм дії ФП невідомий. Він може бути інформаційною

молекулою або специфічним депресорним геном, здатним сти-мулювати нейтральні лімфоцити до утворення рецепторів, спе-цифічних до антигену.ФП має різноманітне застосування. Його використовують для

відновлення імунної компетентності у хворих з Т-клітинним дефі-цитом (синдром Віскотт — Олдрича), для лікування дисемінова-них інфекцій, пов’язаних із недостатністю клітинного імунітету(лепроматозна проказа, туберкульоз, шкірно-слизовий кандидоз).Він може бути корисним під час лікування злоякісної меланомита інших форм раку. ФП застосовують при деяких автоімунниххворобах (системний червоний вовчак, ревматоїдний артрит) і хво-робах невідомої етіології (саркоїдоз, множинний склероз).

167

Виявлення клітинного імунітету

Нині для виявлення клітинного імунітету застосовують різно-манітні тести, хоча вони є недостатньо чутливими і точними по-рівняно з методами визначення антитіл при гуморальному імунітеті.Раніше єдиним методом визначення клітинного імунітету була

шкірна проба для виявлення підвищеної чутливості (наприклад,туберкуліновий тест). Нині використовують також ряд пробірко-вих тестів, що грунтуються на дії лімфокінів, які виділяються врезультаті контакту сенсибілізованих лімфоцитів із специфічнимантигеном. Це реакції бласттрансформації (перетворення у мо-лоді форми і проліферація лімфоцитів), пригнічення міграції лей-коцитів і мікрофагів (гальмування спонтанного руху клітин), іму-нолейколізу (деструкція та лізис клітин).

7. СУБПОПУЛЯЦІЇ Т- І В-КЛІТИН

Зупинимося на основних клітинах, які забезпечують імуннувідповідь. Для повноцінної імунної відповіді необхідна участьмакрофагів — Т- і В-лімфоцитів.

Т-лімфоцити

Т-лімфоцити (Thymus-залежні) проходять первинне диферен-ціювання у загрудинній залозі (тимусі). Т-лімфоцити у фізіологі-чних умовах містяться навколо артеріол у білій пульпі селезінкиу паракортикальній зоні лімфовузлів. Основна функція Т-лімфо-цитів — розпізнання антигену, спочатку переробленого і пред-ставленого на поверхні антигенпрезентуючих клітин. Т-лімфо-цити відповідають за формування клітинного імунітету, а такождопомагають В-лімфоцитам при гуморальній імунній відповіді.Вони активуються антигеном, який представлено у комплексі змолекулами ГКС І або ГКС ІІ класу (специфічний сигнал), атакож ІЛ-1 та іншими інтерлейкінами (неспецифічний сигнал).Залежно від рівня і напрямку диференціювання Т-лімфоцити

набувають певного набору мембранних маркерів, які визнача-ються моноклональними антитілами. Ці маркери являють собоюглікопротеїди, їх позначають CD (англ. cluster of differentiation —кластер диференціювання). Зрілі Т-лімфоцити можуть мати CD4або CD8, а також CD3.

168

Т-лімфоцити розпізнають антиген і реагують на нього за до-помогою Т-клітинного рецептора разом із молекулою CD3.Глікопротеїдний Т-клітинний рецептор міститься на мембрані Т-лімфоцита, складається з двох (α- і β-) ланцюгів і реагує специ-фічно з епітопом антигену.Основні субпопуляції Т-лімфоцитів. Найрізноманітніші функції

виконують субпопуляції CD4+ Т-хелперів. Їх розрізняють як Т1- іТ2-хелпери.Т1-хелпери секретують (виробляють) γ-інтерферон, ІЛ-2, ІЛ-3,

ФНО-α, ФНО-β. Вони беруть участь у диференціюванні цито-токсичних лімфоцитів, сприяють розвитку Т-супресорів, ГЗТ імісцевих запальних реакцій. Активують Т-лімфоцити.Т2-хелпери секретують (виробляють) ІЛ-3, ІЛ-4, ІЛ-5, ІЛ-6 та

ІЛ-10. Вони сприяють проліферації еозинофілів і тучних клітин,проліферації та диференціюванню В-лімфоцитів при гуморальнійвідповіді, забезпечують переключення В-лімфоцитів на синтезIgG, IgA, IgE. Т2-хелпери пригнічують активність Т1-хелперів.Т1-хелпери та Т2-хелпери мають маркер СD4+, але розрізня-

ються за іншими СD-маркерами, за чутливістю до ІЛ-2 та ІЛ-4,а також за чутливістю до радіоактивного випромінювання (Т1— стійкі, Т2 — чутливі).СD4+ Т-лімфоцити-індуктори активують субпопуляції хелперів,

супресорів, цитотоксичних Т-лімфоцитів та макрофаги, тобтовиконують функцію ампліфаєрів (підсилювачів). Ці лімфоцититакож розпізнають антиген за рахунок Т-клітинного рецептора.Т-кілери (цитотоксичні Т-лімфоцити) мають мембранні мар-

кери СD8+ і здатні спричинювати лізис клітин, які несуть на по-верхні чужорідні антигени (клітини, інфіковані вірусом, або якімають мікробні антигени, клітини алотрансплантату тощо). Т-кілер активується внаслідок взаємодії його рецептора з чужорід-ним антигеном у комплексі з молекулою ГКС І класу (специфіч-ний сигнал), а також під впливом інтерлейкінів, які секретують-ся найближчими макрофагами і Т-хелперами. Цитотоксичнийефект обумовлений дією перфоринів, які секретуються активова-ним Т-кілером.Т-ефектори гіперчутливості уповільненого типу (Тегут) мають

маркери СD4+ і опосередковують реакції уповільненої гіперчут-ливості. Вони активуються антигеном у комплексі з ГКС ІІ кла-су та ІЛ-1.Т-супресори також мають маркер СD8+, але для їхньої акти-

вації немає необхідності в участі молекул ГКС. Вони регулюють

169

інтенсивність імунної відповіді, пригнічуючи активність СD4+-клітин, запобігають розвитку автоімунних реакцій, забезпечуютьприродну імунологічну толерантність до власних антигенів іорганізму матері до батьківських антигенів плода. Чужорідніантигени, якщо вони присутні у надзвичайно високій концент-рації або містяться у неімуногенній формі (наприклад, у низько-молекулярній), також можуть активізувати Т-супресори.Т-контрсупресори не мають ні СD8+, ні СD4+, пригнічують

функцію Т-супресорів за рахунок розвитку резистентності Т-хел-перів до дії Т-супресорів.Т-лімфоцити-зберігачі імунологічної пам’яті специфічно розпі-

знають антиген у комплексі з молекулами ГКС ІІ класу і берутьучасть у вторинній імунній відповіді. Вони формуються під часпервинної імунної відповіді і мають маркер СD4+. Існують мало-існуючі (місяці) і довгоіснуючі (роки) клітини пам’яті.

В-лімфоцити

В-лімфоцити під дією антигенної стимуляції диференціюють-ся у плазматичні клітини, які синтезують антитіла. Їх основнафункція — участь у гуморальній імунній відповіді. Містяться украйовій зоні білої пульпи селезінки та у зовнішній зоні корти-кального шару лімфовузлів, де формують зародкові центри фо-лікулів. Найхарактернішим маркером В-лімфоцитів є імуногло-буліновий рецептор («заякорене» антитіло) до визначеного ан-тигену. Таким чином, антигензв’язувальний рецептор В-лімфо-цита — це паратоп імуноглобуліну. Тривалість життя В-лімфо-цитів різна — від багатьох років (В-клітини пам’яті) до кількохтижнів (клони плазматичних клітин).Серед В-лімфоцитів можна вирізнити ряд субкласів.Основним субкласом є В-лімфоцити — попередники антитіло-

утворювальних клітин. Внаслідок їхньої активації антигеном укомплексі з молекулами ГКС ІІ класу та рядом неспецифічнихсигналів від Т-хелпера відбувається проліферація і диференцію-вання клонів плазматичних клітин, які синтезують антитіла —імуноглобуліни.В-супресори пригнічують проліферацію В- і Т-лімфоцитів, ра-

зом з Т-супресорами відповідають за розвиток імунологічної то-лерантності.В-кілери можуть взаємодіяти з Fс-фрагментами антитіл, фіксо-

ваних на клітинах, які спричинюють руйнування цих клітин.

170

В-клітини пам’яті формуються з частини стимульованих ан-тигеном В-лімфоцитів. Ці клітини не диференціюються до кінця,а переходять у стан спокою на тривалий час. При повторномуконтакті з антигеном вони швидко перетворюються на антитіло-утворювальні клітини і забезпечують імунологічну пам’ять.

8. НАТУРАЛЬНІ КІЛЕРИ

Не всі лімфоцити периферичної крові належать до двох основ-них популяцій клітин — Т- або В-лімфоцитів. Частина клітин (до10 %) не мають ознак ні Т-, ні В-клітин. Це так звана третя попу-ляція клітин (нульові лімфоцити).Серед них вирізняють К-клітини (кілери), які здійснюють ан-

титілозалежну цитотоксичність, тобто їхня кілерна дія реалі-зується внаслідок активації комплексом антиген–антитіло. Вонизнищують опсонізовані антитілами (головним чином класу IgGта IgM) клітини, переважно бактеріальні.Але є й нульові лімфоцити, які не активуються комплексом

АГ–АТ. Це природні, або натуральні кілери (НК, ПК або NK).

Рис. 8.7. Скануюча електрон-на мікроскопія NК-лімфоцита,який напав на дві великі пух-линні клітини (за M. Pelczar,E. Chan, N. Krieg, 1993)

Природні кілери деякі дослід-ники вважають головним не-специфічним фактором проти-пухлинного захисту. Вони ма-ють неспецифічну протипух-линну активність, розпізнаютьбудь-яку пухлинну клітину тазнищують її внаслідок з’єднан-ня з її поверхнею та продукціїперфоринів.Перфорини вкорінюються у

мембрану пухлинної клітини тапризводять до появи в клітиннійоболонці «діри», через яку від-бувається прямий обмін між ци-топлазмою та зовнішнім сере-довищем. Клітина гине (рис.8.7).Натуральні кілери мають

саме неспецифічну протипух-линну активність, вони розпіз-

171

нають будь-яку пухлинну клітину без попередньої імунноївідповіді проти її антигенів.Проте для здійснення такого ефекту НК-лімфоцит має бути

активованим. Активація НК-лімфоцита здійснюється в результатісполучення його рецептора з γ-інтерфероном, який утворюєтьсяактивованим Т-хелпером. Для дозрівання та диференціюванняНК-лімфоцита необхідний ІЛ-2, також продукт активованого Т-хелпера. Таким чином, імунний процес приводить до підтримкина високому рівні протипухлинного захисту за допомогою НК.Отже, натуральні кілери виконують проти пухлинних клітин

ту саму функцію, що і нейтрофіли проти інфекційних агентів —неспецифічну бар’єрну.

Припускають, що стимуляція імунної системи, як і введенняІЛ-2 та γ-інтерферону, можуть підвищувати протипухлинний за-хист організму, що і використовується при терапії онкозахво-рювань (БЦЖ, вакцина з Corynebacterium parvum).

172

ЛЕКЦІЯ IX

ТЕОРІЇ ІМУНОГЕНЕЗУ.РЕАКЦІЇ «АНТИГЕН–АНТИТІЛО»

1. Варіанти клітинних взаємодій в імуногенезі2. Перші теорії імуногенезу3. Інструктивні і селективні теорії4. Клонально-cелекційна теорія Бернета5. Теорія П. Ф. Здродовського6. Взаємодія імунної, ендокринної та нервової систем7. Загальна характеристика реакцій антиген–антитіло8. Серологічні реакції9. Застосування серологічних реакцій у діагностиці

І. ВАРІАНТИ КЛІТИННИХ ВЗАЄМОДІЙВ ІМУНОГЕНЕЗІ

Раніше було розглянуто механізми імунної відповіді за обо-в’язкової участі всіх трьох типів імунокомпетентних клітин: мак-рофага, Т- і В-лімфоцитів. При цьому розвивається повноціннагуморальна відповідь із синтезом специфічних антитіл. Але мож-ливі інші варіанти.

1. Якщо В-лімфоцит реагує з антигеном без участі макрофа-га, розвивається імунологічна толерантність.

2. Якщо на В-лімфоцити діють лише його стимулювальнілімфокіни без участі антигену, відбувається синтез неспецифіч-них імуноглобулінів, поліклональна стимуляція В-лімфоцитів.

3. Якщо В-лімфоцит розпізнає антиген на мембрані макрофа-га без участі Т-хелперів, то синтезуються тільки ІgМ, не відбу-вається переключення на синтез ІgG, гальмується вторинна імун-на відповідь (вторинний імунітет характеризується синтезом ІgG).Наприклад, ліпополісахаридні антигени грамнегативних бак-терій, ентеропатогенних кишкових паличок є тимуснезалежни-ми і можуть спричинити тільки синтез ІgМ. А цей клас імуногло-булінів не проходить через плаценту, тому у дітей періоду ново-

173

народження немає материнських антитіл до таких штамів еше-рихій і вони легко захворюють на коліентерити при зараженніентеропатогенними сероварами кишкової палички.

2. ПЕРШІ ТЕОРІЇ ІМУНОГЕНЕЗУ

Серед багатьох теорій імуногенезу, запропонованих за всюісторію розвитку імунології, серед яких були і відзначеніНобелівською премією, тільки деякі є актуальними сьогодні.Перша із серйозних теорій імунітету — фагоцитарна теорія

І. І. Мечникова (1882) не тільки не втратила свого значення, алей отримує все більше підтверджень і набуває подальшого роз-витку. Однак вона не пояснює основного питання імунології —яким чином імунна система розпізнає «не своє» і утворює лишеспецифічні до антигену антитіла й сенсибілізовані лімфоцити.Теорія бокових ланцюгів П. Ерліха (1901), відзначена Нобелі-вською премією разом із теорією Мечникова, втратила сьогоднісвоє значення, але один із її основних принципів — відбір по-переднього — було використано в сучасних теоріях імуногене-зу, в тому числі і найбільш популярній сьогодні теорії Бернета.Суть теорії Ерліха в тому, що в клітині передіснують рецепторидля сполучення з різними речовинами, антиген взаємодіє зі спе-цифічним рецептором до нього, спричинює руйнування рецепто-ра, а клітина розпочинає гіперпродукцію саме цього рецептора.Рецептор відокремлюється від клітини і циркулює як антитіло врідинах організму.Імунологія тривалий час розвивалась у руслі теорії Ерліха,

який започаткував багато імунологічних термінів. Але на однійклітині не можуть існувати рецептори до кожного антигену,оскільки для такої кількості рецепторів не вистачить місця.

3. ІНСТРУКТИВНІ І СЕЛЕКТИВНІ ТЕОРІЇ

Прийнято ділити всі теорії імуногенезу на інструктивні, якіпостулюють участь антигену як матриці для синтезу антитіл, іселективні, які постулюють відбір попереднього.Найбільш розвинутою була інструктивна теорія Полінга —

Гауровітца, відзначена Нобелівською премією. Згідно з нею пеп-

174

тидний ланцюг імуноглобуліну, що формується в клітині, згор-тається навколо антигену, як навколо матриці, замикаються вод-неві зв’язки і утворюється молекула антитіла, що точно відпові-дає конфігурації молекули антигену. Але сьогодні відомо, щоматрицею для синтезу білка може бути інформаційна РНК, а небілок, і конфiгурація молекули визначається її первинною струк-турою, а не постсинтетичними змінами. Тому навіть автори цієїтеорії під тиском нових фактів були змушені офіційно визнати їїнеобгрунтованою.Із селективних теорій найпопулярнішою і сучасною є кло-

нально-селекційна теорія австралійського вченого Ф. Бернета(1957). Надалi вона уточнювалася і переглядалася у світлі но-вих даних як автором, так й іншими дослідниками. В цій теоріївикористано принцип Ерліха про відбір попереднього, але не уформі готових антитіл, а на рівні антитілоутворювальнихклітин.

4. КЛОНАЛЬНО-СЕЛЕКЦІЙНАТЕОРІЯ БЕРНЕТА

Цю досить складну теорію можна викласти у спрощеномувигляді у формі базових постулатів.

Основні постулати клонально-селекційної теорії Бернета:1. Лімфоїдна тканина клонована, вона складається з багатьох

сімейств (клонів) клітин. Кожен з клонів має передтерміновану(наперед причинно обумовлену) здатність продукувати антитіладо одного, і тільки до одного, будь-якого антигену.Оскільки лімфоїдна тканина має багато таких клонів, то в

цілому імунна система може реагувати на будь-який антиген.Бернет вважав, що можливих антигенів на Землі близько 5–10 тис., тому лімфоїдна тканина цілком здатна мати необхіднукількість потрібних клонів. Нині кількість можливих антигенівоцінюють приблизно в 100 тис., що також не суперечить здатно-стям лімфоїдної тканини.

2. Антиген відбирає той клон клітин, який заздалегiдь здатнийпродукувати антитіла до цього антигену і спричинює його про-ліферацію, тобто проводить селекцію клонів.Ці два постулати теорії Бернета цілком узгоджуються з су-

часними знаннями про клітиннi основи імунної відповіді.

175

3. Контакт з антигеном у період імунологічної незрілості (вембріогенезі) призводить не до стимуляції, а до пригнічення відпо-відного клону. На цих підставах Бернет пояснював імунологічнутолерантність відсутністю клонів лімфоцитів, здатних реагуватина антигени, з якими організм зустрічається у період імунологі-чної незрілості.Цей постулат сьогодні не поділяється більшістю дослідників,

а механізм розвитку толерантності пояснюється дією специфіч-них лімфоцитів — супресорів.

4. Різноманіття клонів формується, згідно з теорією Бернета,внаслідок соматичних мутацій в ембріогенезі. Цей постулат те-орії здавна критикується і сьогодні визнається лише частково.Сучасна імунологія пояснює різноманіття попереднiх клонів

клітин з урахуванням кількох механізмів. Японський дослідникСусуму Тенегава був відзначений Нобелівською премією за важ-ливий внесок у вивчення цього питання (1986).За допомогою методів генної інженерії доведено, що кількість

генів, які контролюють синтез імуноглобулінів, і специфічнихрецепторів Т-лімфоцитів, які специфічно реагують з антигеном,обмежена. Однак, на відміну від генів інших білків, вони маютьфрагментарну організацію. Фрагменти генів містяться в хромо-сомі в багатьох екземплярах. Під час розвитку плазматичноїклітини ці фрагменти збираються у функціонуючий ген випадко-вим чином. Не розглядаючи кількісно упорядкування сегментівДНК для різних ділянок ланцюгів імуноглобулінів і рецепторівлімфоцитів, зазначимо, що в результаті може утворитись 10 млнваріантів генів для імуноглобулінів. До того ж кількість варіантівможе збільшуватись через нестандартність сполучення сегментів.Цей процес завершується до зустрічі клітин iз антигеном. Доцього часу формується популяція імунокомпетентних клітин зшироким діапазоном специфічності, але з конкретним антиге-ном взаємодіють лише найбільш адекватні клітини.Надалі під час проліферації відібраних клонів лімфоцитів під

впливом антигену включається мутаційний механізм. Мутаціїздійснюють тонку настройку рецепторів лімфоцитів (у тому числій імуноглобулінових рецепторів В-лімфоцитів) таким чином, щостворюють гени, продукти яких найбільше пасують для взаємодіїз даним антигеном. Якщо комбінаторний механізм до контакту зантигеном дає приблизно 10 млн типів імуноглобулінів, то післясоматичних мутацій їхня кількість збільшується в 100 разів. Ацього більше, ніж достатньо!

176

5. ТЕОРІЯ П. Ф. ЗДРОДОВСЬКОГО

Вищеописані теорії розглядають імуногенез відокремлено відцілісного організму. Теорія вітчизняного вченого П. Ф. Здро-

довського вдало об’єднала те-орію Бернета з теорією нейро-гуморальної регуляції фізіоло-гічних функцій організмуГ. Сельє (рис. 9.1)За Здродовським, антиген

як стресор спричинює подраз-нення гіпофіза неантигенспе-цифічно. Гіпофіз продукує со-матотропний гормон (СТГ) йадренокортикотропний гормон(АКТГ).СТГ стимулює розмноження

клітин, а АКТГ через підсилен-ня продукції наднирковою зало-зою кортикостероїдів його при-гнічує. Перевага одного проце-су над іншим залежить від дозиантигену, стану організму,умов, взаємодії. Відбуваєтьсянейрогуморальна регуляціяімуногенезу. Специфічна дія ан-тигену полягає у селекції відпо-відного клону лімфоцитів заБернетом.

Адено-гіпофіз

Неспецифічна дія

Гормонросту

Кортизон

АКТГ

Антиген

Лімфатичнийвузол

Специфічна

дія

Рис. 9.1. Схема нейрогумо-ральної регуляції імунної від-повіді за П. Ф. Здродовським

6. ВЗАЄМОДІЯ ІМУННОЇ, ЕНДОКРИННОЇТА НЕРВОВОЇ СИСТЕМ

Сучасні уявлення про взаємодію основних регулювальних си-стем організму — імунної, ендокринної та нервової — базуютьсяна нових відомостях про роль керуючих молекул-провідників.Дійсно, імунна система є саморегульованою, однак її робота

залежить у багатьох випадках від інших систем організму і, в

177

першу чергу, від ендокринної та нервової. Між імунною, ендо-кринною та нервовою системами склалася і постійно здійснюєть-ся взаємодія, за допомогою якої вони взаємно контролюють своїфункції і функції організму, тому їх можна розглядати як части-ну єдиної інтегральної регулювальної мережі організму.Наведемо деякі факти, які підтверджують це положення. Відо-

мо, що стрес, тяжкі переживання ослаблюють імунітет. Анало-гічний ефект може спричинити гіпноз. Лімфоїдні органи іннер-вуються симпатичною та парасимпатичною системами і пере-бувають під їх регулювальним впливом.Тимус ембріона частково формується з мозку і має з ним спільні

антигени. Він є одним із центральних органів імунітету, контро-лює в ембріональному періоді формування нейроендокриннихструктур на початкових етапах розвитку організму, завдяки чомуу подальшому забезпечується їх нормальна діяльність і створю-ються необхідні умови для функціонування самої імунної систе-ми. Пептидні гормони тимуса беруть участь у двобічних зв’яз-ках між клітинами імунної та нейроендокринної систем.Імунокомпетентні клітини є джерелом багатьох медіаторів,

секреція яких типова для нервової тканини. Багато які з медіато-рів, що синтезують імунокомпетентні клітини, мають властивостігормонів.У свою чергу, пептидні гормони нейроендокринних структур

здійснюють модулювальну дію на функціонування імунної систе-ми. Так, встановлено, що нейрони головного мозку, перифери-чні симпатичні нейрони і норадренергічні клітини мозкової речо-вини надниркових залоз продукують інтерлейкін-1. Крім своєїпрямої ролі у кооперативній взаємодії клітин в імунній відповіді,ІЛ-1 активує гіпоталамо-гіпофізарно-адренокортикотропну си-стему й, очевидно, здійснює вплив на функціонування різнома-нітних нейрогуморальних факторів. Гіпоталамо-гіпофізарно-сим-патикоадреналова система контролює продукцію антитіл та вихідзрілих В-лімфоцитів з кісткового мозку.До важливих регуляторів функцій центральної нервової системи

належать опіоїдні пептиди. Опіоїди, як і лімфокіни, мають поліфунк-ціональні властивості і здійснюють вплив на функціонування клітинлімфоїдної системи. Вони стимулюють вироблення В-лімфоцитамиантитіл, здійснюють вплив на активність натуральних кілерів, сти-мулюють хемотаксис та окислювальний вибух фагоцитів, виділен-ня серотоніну тучними клітинами та базофілами при взаємодіїфіксованих IgE з алергенами. Встановлено, що опіоїди та рецеп-

178

тори до них синтезуються деякими клітинами імунної системи.Отже, взаємозв’язок імунної та нейроендокринної систем про-

являється тим, що клітини цих систем здатні продукувати одно-типні медіатори, які здійснюють взаємний вплив на їхнє функці-онування. Таким чином, імунна, ендокринна та нервова системидіють у взаємозв’язку, забезпечуючи генетичний гомеостаз танормальну життєдіяльність організму в цілому.

7. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКАРЕАКЦІЙ АНТИГЕН–АНТИТІЛО

Механізм реакції АГ–АТ полягає в утворенні зв’язку парато-пу антитіла з епітопом антигену, активного центру антитіла з

Паратоп

L-ланцюг

ЕпітопНосій

Антиген (динітрофенол)

Антиген

антитіло

Н-ланцюг

а

б

в

Рис. 9.2. Схема взаємодії анти-гену з антитілом:

а — взаємодія активного цен-тру антитіла (паратопа) з анти-генною детермінантою антигену(епітопом); б — схема комплексуантиген–антитіло на основі да-них електронної мікроскопії; в —утворення «решітки» при опти-мальному співвідношенні антиге-ну і антитіла

антигенною детермінантою. Зурахуванням, як мінімум, дво-валентності антитіла і звичай-ної багатовалентності антиге-ну виникає можливість утворен-ня стійкої решітки. Теорія ре-шітки до сьогодні служить дляпояснення утворення міцнихкомплексів антиген–антитіло(рис. 9.2).Має значення співвідношен-

ня кількості реагуючих компо-нентів. Так, у надлишку анти-гену і надлишку антитіла ком-плекси не тільки не утворюють-ся, але й можуть розчинити вже

179

утворений комплекс антиген–антитіло. При цьому немає види-мого результату реакції, хоч взаємодія АГ–АТ відбулася.Кількісні співвідношення АГ і АТ необхідно враховувати під часвивчення реакцій.Виділяють дві фази реакцій АГ–АТ: першу, специфічну, не-

залежну від електролітів (власне специфічне сполучення міжпаратопом і епітопом) — невидиму, і другу, неспецифічну, щопотребує присутності електролітів і додаткових умов — види-му. Наприклад, взаємодія мікробів з антитілами в безелект-ролітному середовищі призводить до сполучення антитіл, хочвидима реакція й не відбувається. Про її перебіг можна дізна-тися, якщо додати електроліти, які роблять реакцію видимою— утворюється аглютинат. Якщо після взаємодії мікробів з си-роваткою в безелектролітному середовищі відцентрифугуватисуміш, то надосадова рідина вже не буде здатна реагувати зтими ж самими мікробами, оскільки антитіла були зв’язані змікробами під час першої фази реакції і усунені при центрифу-гуванні разом з ними.

8. СЕРОЛОГІЧНІ РЕАКЦІЇ

Реакції між антигеном і антитілом називають гуморальними,або серологічними (лат. serum — сироватка). Вони відбувають-ся в організмі для боротьби з антигеном, а у лабораторних умо-вах їх застосовують для розв’язання діагностичних проблем.Назви цих реакцій різноманітні, вони відбивають переважно те,що відбувається з антигеном. Наприклад, реакція преципітації,аглютинації, лізису, зв’язування комплементу. Відповідно й ан-титіла, які беруть участь у такій реакції, називають преципіти-нами, аглютинінами, лізинами, комплементзв’язувальними, ан-титоксинами, віруснейтралізуючими антитілами тощо. Реаль-но це може бути одне й те саме антитіло, але зовнішній резуль-тат реакції різний через різницю умов постановки та обліку.Якщо кажуть, що виявлено аглютиніни, це означає, що анти-тіла виявлено у реакції аглютинації тощо. Розрiзняють двоком-понентні реакції (РА, РП, РН), трикомпонентні (імунного лізи-су, опсонізації, РСК), реакції з міченими реагентами (РIФ, РIА,IФА).

180

Реакція преципітації

Реакція преципітації (РП) — це осаджування розчиненого ан-тигену під дією антитіл.Коли антитіло з’єднується з антигеном, у розчині утворюєть-

ся комплекс антиген–антитіло. Реакція може бути проведенарізноманітними способами:

1. Просте змішування. Розчин антигену змішується з антитілому пробірці і залишається для осаджування. Реакція відбуваєтьсяшвидко (кілька хвилин при 37 °С), преципітат стає найбільш ма-сивним, коли антиген і антитіло містяться в оптимальних про-порціях. Надлишок антигену або антитіла може пригнічуватиформування преципітату — феномен прозони (цей феномен маємісце також при інших реакціях антиген–антитіло). Найчастішереакцію преципітації у варіанті простого змішування викорис-товують при реакції флокуляції, під час якої при з’єднанні токси-ну або анатоксину з антитоксином з’являється осад у вигляділегкої хмаринки (flocculus).

2. Реакція кільцепреципітації. Розчин антигену нашаровуютьна поверхню антитіла у вузькій пробірці або капілярі. На межізiткнення двох рідин утворюється вузьке кільце преципітату. Ре-акція кільцепреципітації потребує незначної кількості реагентіві вiдбувається швидко, однак преципітуюча сироватка має бутивисококонцентрованою. Тому титр преципітуючої сироватки ви-значають не максимальним розведенням її, як у більшості іншихсерологічних реакцій, а максимальним розведенням антигену,який ще дає позитивну реакцію преципітації.

3. Преципітація у гелі (подвійна дифузія), імунодифузія. Анти-ген і антитіло дифундують назустріч один одному в агаровомусередовищі з окремих лунок, вибитих у пластині агару (рис. 9.3).Реакцію преципітації у гелі часто застосовують для визна-

чення токсигенності деяких бактерій, наприклад, Corynebac-terium diphtheriae. Культуру мікроорганізмів висівають під пря-мим кутом до розміщеної на поверхні живильного агару стрічкифільтрувального паперу, яка містить імунну сироватку. Якщокультура виробляє токсин, утворюється лінія преципітації.

4. Проста радіальна імунодифузія за Манчині. Антигенрозмiщують у лунки, вибиті у гелі агару, який містить антитіло увідповідному розчиненні. Там, де реагенти зустрічаються в оп-тимальних пропорціях, формується кільце преципітату. Чим вищаконцентрація антигену, тим більший діаметр кільця. Вимірюван-

181

ня діаметра кільця преципітату дозволяє кількісно визначитиантиген.Цей метод широко використовують для визначення концент-

рації IgG, IgM та IgA у сироватці людини.5. Імуноелектрофорез об’єднує методи імунодифузії та елект-

рофорезу.Імуноелектрофорез виконують у дві стадії. Спочатку рідину,

яка містить білкові антигени, вмiщують у лунки гелю і здiйснюютьелектрофорез. Антигени розподіляються паралельно напрямкуелектричного струму у вигляді окремих плям за лінією, яка про-ходить через лунку. Кожна пляма є індивідуальним компонен-том досліджуваної суміші антигенів. Коли струм вимикають, ви-конують імунодифузію. Для цього заповнюють відповідною імун-

Лінії преципітації

Сироваткалюдини

Альбумінлюдини

Неідентичність

Ідентичність(лінії преципітаціїзливаються)

Антитіла протисироватки людини

32

1

Рис. 9.3. Аналіз багатокомпонентної системи антиген–антитіло заметодом імунодифузії

При імунізації кроля сироваткою людини кожен компонент сиро-ватки (типу альбуміну або глобуліну) стимулює формування антитіл,спрямованих проти нього. Коли імунна сироватка з антитіламиміститься в одній лунці (1), а антигени сироватки людини в іншій(2), то формується багато ліній преципітації між двома лунками.Кількість ліній, створених між лунками, дорівнює мінімальній кількостірізноманітних антигенів, виявлених імунною сироваткою. Якщо ок-ремий антиген (у цьому випадку — альбумін) міститься в третій лунці(3), злиття лінії, створеної ним, з однією з багатьох ліній дозволяєідентифікувати його як один із компонентів сироватки людини (реак-ція ідентичності). На рисунку також видно, як одна із ліній між лун-ками 1 і 2 перекреслює лінію між лунками 1 і 3, це — реакція неіден-тичності

182

ною сироваткою канавку, яку вибивають паралельно напрямкуелектрофорезу. Молекули антитіла імунної сироватки розпов-сюджуються перпендикулярно фронту руху антигенів. Дуга пре-ципітату, або лінія преципітації, формується тільки там, де кож-ний компонент комплексу антиген–антитіло зустрічається у зоніеквівалентності. Цей метод широко використовують для аналі-зу білкових компонентів зразків сироватки. Таким чином можнавиявити, наприклад, змінені імуноглобуліни в сироватці.

Реакція аглютинації

Це склеювання корпускулярного антигену під дією антитіл.Якщо реакція преципітації відбувається з розчинним антигеном,то у реакції аглютинації, навпаки, беруть участь корпускулярніантигени (еритроцити, бактеріальні клітини тощо). Корпуску-лярні антигени з епітопами на їхнiй поверхні можуть бути пере-хресно зв’язані специфічними антитілами і формувати великіскупчення, або агрегати (рис. 9.4).Коли антитіла реагують з епітопами на сусідніх антигенах,

корпускулярний антиген з’єднується у видимі пластівці. Припрямій аглютинації (зображеній на рисунку) антитіло реагує звільним корпускулярним антигеном у суспензії.Реакцію можна проводити двома способами — на склі та у

Епітопиантигену

Антитіла(аглютиніни)

Рис. 9.4. Механізм аглюти-нації

пробірках.Реакція аглютинації на склі.

Це звичайно орієнтувальна абоякісна реакція. Клітини (живіабо вбиті бактерії, еритроцити)суспендують у краплі розчинусолі на предметному склі і до-дають невелику краплю імунноїсироватки.Предметне скло злегка по-

гойдують протягом 1–2 хв і ви-значають наявність або відсут-ність аглютинації. Проведенняконтролю (суспензія бактерій уфізіологічному розчині без до-давання сироватки) потрібнедля виключення можливої спон-танної аглютинації.

183

Пробіркова реакція. Це звичайно підтверджувальна та кіль-кісна реакція. До послідовних розведень (розчинів) антисироват-ки у пробірках додають стандартну кількість суспензії клітин.Пробірки інкубують, і найбільше розведення (розчин) імунної си-роватки, у якому ще спостерігають реакцію аглютинації, визна-чають як титр аглютинінів.Реакція аглютинації значно ускладнюється комплексністю

антигенної структури бактерій. Таким чином, невідому сироват-ку необхiдно досліджувати окремо з джгутиковими (Н) та сома-тичними (О) антигенами різних бактерій. Навпаки, ідентифіка-ція невідомого мікроорганізму може потребувати кількох імун-них сироваток, кожна з яких специфічна до одного відомого ан-тигену.Реакцію аглютинації широко застосовують для ідентифікації

видів Salmonella, Shigella, сероварів Escherichia coli, Neisseriameningitidis та інших бактерій.Серед бактеріальних хвороб людини, для яких реакція аглю-

тинації має діагностичну цінність, — черевний тиф (реакція Віда-ля), сальмонельоз, бруцельоз (реакція Райта), туляремія, висип-ний тиф та ін.Варіантом прямої реакції аглютинації є непряма, або пасив-

на, реакція аглютинації.Цей варіант дозволяє використовувати у реакції аглютинації

багато розчинних антигенів. У реакції непрямої гемаглютинації(РНГА) антигени (бактеріальні компоненти або вірусні частки)адсорбують попередньо на поверхні еритроцитів (рис. 9.5). Ерит-роцити з адсорбованим на них антигеном реагують, ніби їм са-мим властива специфічність адсорбованого антигену. На рис. 9.5показана пасивна аглютинація з еритроцитами, на яких адсор-бований антиген. Коли специфічне антитіло додається до ерит-роцитів з адсорбованим на них антигеном, утворюються місткиз антитіла між клітинами, формуються великі скупчення клітин,легко помітні неозброєним оком.Цей метод чутливіший, ніж звичайні реакції преципітації,

може бути використаний для тканинних антигенів, вірусів, ана-токсинів та інших антигенів, які складно вивчати іншими мето-дами.Якщо до еритроцитів приєднувати не антиген, а антитіла, стає

можливим визначати невідомий антиген за допомогою такогоантитільного діагностикума. Таку реакцію називають реакцієюоберненої (зворотної) непрямої гемаглютинації (РОНГА).

184

Еритроцити Розчиннийантиген

Антигенадсорбуєтьсяна поверхніеритроцитів

Антитіла

Непряма гемаглютинація

Рис. 9.5. Схема реакції непря-мої гемаглютинації для визначен-ня антитіл

Антитоксини також нейтралізують будь-які прояви отруйно-го ефекту токсину in vitro: лецитиназа Clostridium perfringens при-гнічується протигангренозною сироваткою, гемолітична ак-тивність стрептолізину О нейтралізується антистрептолізиномО, який з’являється у сироватці хворих, інфікованих більшістюштамів гемолітичного стрептокока.Знешкодження настає не завжди. Ендотоксини грамнегатив-

них бактерій можуть з’єднуватись зі специфічними антитілами,

Реакція латекс-аглютинаціїсхожа з РНГА, але замістьеритроцитів антиген або анти-тіло адсорбується на часткахлатексу.

Реакція біологічноїнейтралізації

Це знешкодження токсинуабо мікроорганізму антитілами(антитоксинами, антимікробни-ми або віруснейтралізуючими).Коли антитіло з’єднується з

токсином, отруйна дія токсинунейтралізується. На цьомугрунтується застосування анти-токсичних сироваток для ліку-вання хвороб, у патогенезі якихбере участь екзотоксин (диф-терії, правця, ботулізму та ін.).Оскільки токсин — це розчи-

нений антиген, він також пре-ципітується (реакція флоку-ляції).Токсини та антитоксини

можна виміряти у біологічнихтестах за загибеллю тварин,шкірних пробах на тваринах іу людини (проба Шика придифтерії, проба Діка при скар-латині), реакції нейтралізації наклітинах у культурі тканин.

185

але залишатися токсичними. Деякі ферменти можуть преципіту-ватися антитілами, але все ж таки зберігати свою специфічнуактивність.

Реакція зв’язування комплементу(реакція Борде — Жангу)

Комплемент бере участь у багатьох імунологічних реакціях ізв’язується при з’єднанні антигену з антитілом. Здатність комплексівантиген–антитіло адсорбувати комплемент використовується в ре-акції зв’язування комплементу (РЗК). Це універсальна і чутливареакція, яку застосовують для різних типів антигенів і антитіл.РЗК — складна реакція, яка складається з двох етапів і п’ятиреагентів: антигену, антитіла, комплементу, еритроцитів бара-на та гемолітичної сироватки (сироватки проти еритроцитів ба-рана).РЗК містить дві системи: дослідну, в якій антиген і антитіло

реагують у присутності лімітованої кількості комплементу, тагемолітичну, в якій визначається, чи зв’язався комплемент. Оскіль-ки сироватка крові людини містить неоднакову і невідомукількість комплементу, усі сироватки, які використовують у ре-акції, прогрівають (при 56 °С протягом 30 хв) для інактивації влас-ного комплементу сироватки, додають відому кількість компле-менту (1,25–1,5 титру) у вигляді свіжої або консервованої сиро-ватки морської свинки.

1. Дослідна система. Антиген, антитіло та комплемент пере-мішують й інкубують у термостаті для взаємодії. Якщо антигензустрічається зі специфічним антитілом і їхня кількість є дос-татньою, то комплемент зв’язується комплексом антиген–анти-тіло і буде відсутній у розчині. Якщо антиген зустрічається ізнеспецифічним антитілом, реакція не відбувається, комплементзалишається незв’язаним. Коли реакція завершується, наявністьабо відсутність комплементу у дослідній системі визначають вокремому експерименті, використовуючи гемолітичну систему.

2. Гемолітична система. Вона складається з суспензії еритро-цитів барана у суміші з гемолітичною сироваткою, сенсибілізо-ваною внаслідок попередньої інкубації при 37 °С протягом 30 хв.Гемолітичну систему додають до дослідної системи, інкубуютьтакож при 37 °С протягом 30 хв. Якщо антиген з’єднався із спе-цифічним антитілом, комплемент зв’язується і не бере участі угемолізі — еритроцити залишаються неушкодженими, РЗК по-

186

зитивна. Якщо ж антиген не з’єднався зі специфічним антитілом,комплемент залишається вільним, може відбуватися гемоліз: сус-пензія еритроцитів світлішає з виходом гемоглобіну в розчин,РЗК негативна.РЗК широко використовують для визначення антитіл при хво-

робах, спричинених рикетсіями, хламідіями, вірусами, найпрос-тішими та гельмінтами, раніше — при діагностуванні сифілісу(реакція Вассермана).

Реакція імунофлюоресценції

У реакції імунофлюоресценції (РІФ) використовують антитіла,мічені флюоресцентним барвником типу ізотіоціанату флюорес-цеїну, для виявлення антигену. Її застосовують для швидкої іден-тифікації невідомого інфекційного агента у досліджуваному ма-теріалі, в якому найчастіше міститься суміш мікроорганізмів.Мазки, які містять мікроорганізми, досліджують під люмінесцен-тним мікроскопом, і ділянки, де антитіло приєдналося до анти-гену, можуть бути визначені за їх флюоресценцією. Флюорес-цеїн дає жовто-зелену флюоресценцію. Антитіла з приєднанимлюмінесцентним барвником називають міченими, або флюорес-ціюючими (люмінуючими) антитілами.У реакції прямої флюоресценції (рис. 9.6) флюоресцентний

барвник безпосередньо кон’югований з антитілами, специфіч-ними до антигену. Культура мікроорганізмів (або досліджува-ний матеріал) фіксована на предметному склі за допомогоювисокої температури або спирту, обробляється розчином спе-цифічного люмінуючого антитіла, і молекули антитіла можутьвзаємодіяти з антигенами на поверхні клітин. Після промиван-ня мазка від антитіл, які не зв’язалися, його досліджують задопомогою люмінесцентного мікроскопа. Можна побачититільки ті мікроорганізми, які прореагували з міченими анти-тілами специфічно.Антигени часто можна виявити простіше за допомогою ре-

акції непрямої імунофлюоресценції. Досліджуваний матеріал спо-чатку з’єднують з неміченими специфічними антитілами (глобу-лінами) сироватки крові певного виду тварин.Локалізацію цих антитіл потім встановлюють за допомогою

міченої флюоресцеїном антиглобулінової сироватки. Наприклад,мічена сироватка проти глобулінів людини, отримана шляхомімунізації кроля глобуліном людини, може бути використана для

187

Стрептококи вмазку

із матеріалу,що

досліджується

Флюоресціюючіантитіла

Мазок обробляєтьсяфлюоресціюючоюсироваткою проти

Streptococcuspyogenеs

АнтитілаФлюорес-центнийбарвник

Str. рyogenеs

Люмінесцентна мікроскопія

Інші видине флюо-ресціюють

Світятьсятільки клітиниStr. рyogenеsРис. 9.6. Пряма

реакція імунофлюо-ресценції

визначення антитіл людини. Ця реакція більш чутлива, її часті-ше використовують, ніж пряму РІФ.

Імуноферментний аналіз

Метод імуноферментного аналізу (ІФА) — високочутливий,дає можливість визначати антиген у концентрації нижче 1 пг/мл(1 пікограм = 10–12 г), простий у застосуванні. Він дешевший, боне потребує дорогої апаратури, безпечніший, оскільки не потре-бує застосування радіоактивних матеріалів, але точний та над-ійний, як і найчутливiший радіоімунний метод.ІФА базується на двох феноменах.1. Антитіла і деякі антигени можуть адсорбуватися на лунках

полістиролових пластин (або іншому твердому носії) і повністюзберігати імунологічні властивості.

188

2. Антигени та антитіла можуть бути зв’язані з ферментами зповним збереженням у кон’югатів функціональної активності, якімунологічної, так і ферментативної, тому метод називають іму-ноферментним. У англійській науковiй літературі його частішеназивають ELISA (англ. Enzyme-Linked Immunosorbent Assay —ензим-мічений імуносорбційний аналіз). Активність ферментувикористовується, щоб виміряти кількість антигену або антитіла,які містяться в пробі. Для ІФА застосовують ферменти: перок-сидазу, лужну фосфатазу, β-галактидазу та глюкозоксидазу.З клінічними цілями застосовують два основних варіанти ІФА:

1) подвійний сандвіч-метод для визначення і вимірювання анти-гену; 2) непрямий імуносорбційний метод для визначення і вимі-рювання антитіла. Цей метод ілюструє рис. 9.7.Початковий етап непрямого ІФА полягає в адсорбції антиге-

ну на стінках лунки. Додають досліджувану сироватку й інкубу-ють. Якщо антитіла сироватки зв’язалися з іммобілізованим ан-тигеном, їхню присутність визначають шляхом додавання міче-ного ферментом антиімуноглобуліну (анти-IgG або анти-IgM).Потім додають субстрат для ферменту; ступінь гідролізу суб-страту відповідає зміні кольору і пропорційний концентрації ан-титіл, наявних у пробі. Забарвлення можна спостерігати візу-ально або спектрофотометрично.При подвійному сандвіч-методі імунну сироватку адсорбують

на стінках лунок планшета. Додають досліджуваний антиген і,якщо він специфічний антитілам, то зв’язується з адсорбовани-ми на стінках лунки антитілами. Додають кон’югату антитіл зферментом. Антитіла зв’язуються з антигеном, вже фіксованимпершим антитілом, створюючи «сандвіч»:

кон’югата ферменту з антитілом — антиген — антитіло.

Нарешті, додають субстрат для ферменту. Швидкість фер-ментативної реакції прямо пропорційна кількості зв’язаного зферментом антитіла, яка, у свою чергу, пропорційна кількостідосліджуваного антигену. Кількісний облік реакції проводятьспектрофотометрично.За допомогою ІФА визначають багато інфекційних вірусів,

бактерій, грибів і паразитів типу найпростіших. Так, один зра-зок імунної сироватки від вагітної жінки може бути дослідженийодночасно на велику кількість інфекційних хвороб, наприклад,спричинених вірусом краснухи (який може призвести до приро-джених вад розвитку або внутрішньоутробної смерті) і вірусом

189

Рис. 9.7. Непрямий імуносорбційний метод ІФАТут ілюструється визначення антитіл проти вірусу СНІДу (НIV)

у сироватці людини (необхідні етапи промивання після кожного кро-ку не зображено).

Коміркаполістиролового

планшета

Доданняантигену ВІЛАнтиген ВІЛ

Додання сироватки,що досліджується,яка може міститиантитіла до ВІЛ

Антигенприкріплюєтьсядо стінок комірки

Антитіла

Молекули антитілприєднуються довірусного антигену

Додання міченихферментом антитілпроти Ig людини

Кон’югатаферменту зантитіла

Додання субстратудля дії ферменту

Субстрат

Фермент перетворюєсубстрат у забарвлений

продукт

190

герпесу типу 2 (який може спричиняти серйозні природжені вадирозвитку нервової системи і як результат мікроцефалію).

Інші типи реакцій антиген–антитіло

Імуноблотинг (вестерн-блот). Антигенний матеріал розділяютьна індивідуальні компоненти методом електрофорезу у поліак-риламідному гелі. Потім розділені компоненти переносять елек-трофоретично на нітроцелюлозну мембрану. Її розрізають настрічки (стрипи) і окремі стрічки інкубують з досліджуваною си-роваткою. Потім стрічку обробляють антиглобуліновою сиро-ваткою, міченою ферментом, і, нарешті, субстратом (хромоге-ном). Якщо у досліджуваній сироватці наявні антитіла до анти-генів, фіксованих на стрипі, з’являються забарвлені плями. Іму-ноблотинг є високоспецифічним і високочутливим методом ви-значення антигенів і антитіл, наприклад, застосовується для ве-рифікації діагнозу СНІДу.Чутливість виявлення антигену найвища при використанні

радіоактивних мічених реагентів. Імунологічні проби, при якихзастосовують радіоактивні компоненти, називають радіоімуно-аналізом (РІА).Це високочутлива реакція, яку можна використати для вимі-

рювання білкових гормонів, ферментів, компонентів комплемен-ту, вірусних антигенів, а при використанні антисироваток протигаптенів — для низькомолекулярних речовин типу антибіотиків,стероїдів, тироксину і морфію. Обмеження — вартість і потенційнанебезпека (наявність радіоактивності).Реакція імунного лізису — розчинення (лізис) клітин під дією

антитіл і комплементу. Коли антитіло з’єднується з антигеном,який входить до поверхневих структур клітин (наприклад, у дея-ких видів грамнегативних паличок і еритроцитів), і відбуваєтьсяучасть комплементу, клітини лізуються (розчиняються). Інодібактерії гинуть без лізису (імуноцидна реакція).Реакція опсонізації. Коли антитіло з’єднується з антигеном на

поверхні бактеріальних клітин і наявні фагоцити, бактерії опсо-нізуються, тобто стають сприйнятливішими до фагоцита. Сут-тєву роль відіграє активація комплементу, особливо якщо анти-тіла присутні у невеликій концентрації.Існує багато інших варіантів серологічних реакцій, які рідше

використовують у лабораторній практиці, деякі з яких вивчати-муться у курсі спеціальної медичної мікробіології.

191

9. ЗАСТОСУВАННЯ СЕРОЛОГІЧНИХРЕАКЦІЙ У ДІАГНОСТИЦІ

Серологічні реакції застосовують для діагностики інфекцій-них та неінфекційних захворювань: серологічна ідентифікація,серологічна діагностика, експрес-індикація збудника в організміабо у зовнішньому середовищі.Серологічна ідентифікація — визначення виду та серовару мікро-

організму за його реакціями з діагностичними сироватками.Для серологічної ідентифікації застосовують різні серологічні

реакції. Найчастіше це такі реакції: аглютинації (РА), зв’язуван-ня комплементу (РЗК), нейтралізації (РН), імунофлюоресценції(РІФ), зворотної непрямої гемаглютинації (РЗНГА). Точністьсерологічної ідентифікації значною мірою залежить від специ-фічності діагностичних сироваток.Серологічна ідентифікація найчастіше потребує попередньо-

го виділення і накопичення мікроорганізму в чистій культурі,оскільки для серологічних реакцій звичайно необхідна великакількість мікробних клітин.Серологічна діагностика — діагностика захворювання шляхом

виявлення в сироватці хворого антитіл до збудника.Визначення серологічного діагнозу грунтується на тому, що

під час захворювання в організмі накопичуються антитіла про-ти антигенів збудника. Антитіла свiдчать про захворювання,наявне нині або раніше. Серологічний діагноз визначають так: упацієнта беруть кров з пальця або вени, одержують сироватку івизначають у ній вміст антитіл до певного антигену.Антигеном для серологічних реакцій може служити діагнос-

тикум — препарат із мікроорганізмів для серологічної діагнос-тики. Це може бути суспензія вбитих мікроорганізмів, продуктиїхнього розпаду, речовини, які секретуються мікробом, а такожнавіть синтетичні аналоги мікробних антигенів. Для серологіч-ної діагностики застосовують нині переважно реакцію аглюти-нації, реакцію непрямої гемаглютинації (РНГА), реакцію зв’язу-вання комплементу (РЗК), реакцію нейтралізації (РН), реакціюімунофлюоресценції (РІФ). Особливо чутливими є серологічніреакції ІФА (імуноферментного аналізу) і РІА (радіоімунногоаналізу, застосовується не так часто, як ІФА).Найпоширенiшими реакціями для серодіагностики сьогодні є

РНГА і ІФА.

192

Налагоджено виробництво відповідних еритроцитарних діаг-ностикумів і тест-систем для ІФА-діагностики, що дозволяє про-водити масову постановку реакцій у стандартних умовах.Сучасна апаратура для ІФА автоматизує багато операцій і

дозволяє проводити точну діагностику, тому сьогодні застосу-вання ІФА в лабораторнiй практиці неухильно поширюється.Результат визначення титру антитіл у сироватці, що дослі-

джується, необхідно правильно інтерпретувати, оцінити йогодіагностичну значущість. При цьому слід брати до уваги такіосновні критерії.Критерії серологічного діагнозу: 1) виявлення антитіл до збудника в діагностичному титрі; 2) виявлення діагностичного зростання титру антитіл; 3) виявлення антитіл до збудника, що належать до класу ІgМ.Діагностичний титр — це титр антитіл до збудника, що зустрі-

чається лише у хворих.У здорових осіб завжди виявляються антитіла до багатьох

мікроорганізмів, у тому числі й до патогенних. Ці антитіла мо-жуть бути анамнестичними (залишилися після перенесеного за-хворювання), а також поствакцинальними (залишилися після вак-цинації). Вони можуть бути антитілами до перехресно реагуючихантигенів інших мікроорганізмів. Частина з них є природнимиантитілами. Діагностикуми не завжди є достатньо специфічни-ми і можуть містити перехресно реагуючі антигени, що можеімітувати наявність антитіл до мікроорганізмів, з якими людинанавіть ніколи не зустрічалася.Тому в результаті обстеження великої кiлькостi здорових та

хворих осіб експериментально встановлено діагностичні титридля кожного захворювання під час використання певної сероло-гічної реакції. Наприклад, при черевному тифі діагностичний титрантитіл у реакції аглютинації становить 1:200.Однак не завжди можна орієнтуватися тільки на титр антитіл,

бо на початку захворювання антитіл може бути ще мало, у де-яких осіб взагалі відбувається слабке вироблення антитіл, раннєвикористання антибіотиків знижує імунну відповідь організму наантигени збудника. У перехворілих і прищеплених можуть довгозберігатися достатньо високі титри антитіл.Тому проводять дослідження титрів антитіл у парних сиро-

ватках. Парними є сироватки, отримані у пацієнта з інтервалому 1–3 тиж. Їх досліджують одночасно і, якщо виявлено зростан-ня титрів антитіл, це вказує на захворювання, яке перебігає нині.

193

Діагностичним вважається зростання титрів антитіл учетверо йбільше разів.Можна і в одній пробі сироватки диференціювати підвищен-

ня титрів антитіл, спричинене захворюванням, від анамнестич-ної і поствакцинальної реакції. Для цього визначають вміст ан-титіл до збудника, які є IgM-антитілами. Найвірогідніше це до-сягається під час застосування ІФА-діагностики. Також дифе-ренціюють IgM від IgG за чутливістю IgM-антитіл до 2-меркап-тоетанолу.Серологічна діагностика є дуже важливим компонентом діаг-

ностики не лише інфекційних, але й неінфекційних захворювань.Серологічні реакції широко використовуються сьогодні та-

кож для експрес-діагностики інфекційних захворювань шляхомвиявлення в організмі антигенів збудника. Найчастіше з цієюметою застосовують РIФ, ІФА, РЗНГА. Експрес-індикацію мікро-організмів можна використовувати також у санітарній мікробіо-логії.

194

ЛЕКЦІЯ X

АЛЕРГІЯ

1. Загальна характеристика алергії та її значенняв патології людини

2. Визначення понять. Короткий історичний нариспро алергію

3. Класифікація алергічних реакцій за Кумбсомі Джелом

4. Класифікація алергічних реакцій негайногой уповільненого типів

5. Характеристика алергічних реакцій І–ІІІ типів6. Алергічні реакції ІV типу7. Інфекційна алергія8. Роль алергії в імунітеті

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКААЛЕРГІЇ ТА ЇЇ ЗНАЧЕННЯВ ПАТОЛОГІЇ ЛЮДИНИ

Імунна система організму виконує переважно захисну функ-цію, здійснюючи генетичний гомеостаз, включаючи й захист відінфекційних агентів. Однак не завжди робота імунної системи єлише корисною для організму. Імунні реакції на чужорідні дляорганізму інфекційні і неінфекційні антигени можуть супрово-джуватись ушкодженням тканин, а іноді імунна система розви-ває автоагресію проти власних тканин. Такі реакції належать доімунопатологічних. Серед них виділяють реакції, обумовлені по-вторним контактом організму з чужорідним антигеном —алергічні реакції. Якщо вони відіграють помітну роль у патоге-незі захворювання, йдеться про алергічні хвороби.Алергічні хвороби сьогодні широко розповсюджені. За дани-

ми літератури, їхня частота коливається в різних країнах від 3до 50 %: у США страждає на алергічні хвороби близько 17 %

195

населення, в Росії — від 1,5 до 23,4 %, в Україні — понад 6 %.Важливість проблеми алергічних захворювань обумовила не-обхідність виділення самостійної науки — алергології, створеннялікарської спеціальності алерголог, алергологічних кабінетів усистемі практичної охорони здоров’я. В тій чи іншій формі алергічніпроцеси помітні під час багатьох захворювань. Застосування де-яких лікарських і профілактичних засобів може супроводжуватисьнебажаними алергічними ускладненнями, тому лікар повинен матидостатньо повне уявлення про механізми алергії, способи запобі-гання й боротьби з алергічними процесами.

2. ВИЗНАЧЕННЯ ПОНЯТЬ.КОРОТКИЙ ІСТОРИЧНИЙ НАРИСПРО АЛЕРГІЮ

Алергія — підвищена чутливість організму до повторного кон-такту з антигеном.

Термін було запропоновано віденським педіатром К. Пірке(1906), в перекладі означає «змінена реактивність» — (лат. allos— інший, ergo — реагую). Пірке вважав, що змінена чутливістьможе бути як підвищеною, так і зниженою (стан несприйнятли-вості організму, тобто імунітет). Нині під алергією розуміютьтільки підвищену чутливість, тому інколи як синонім термінуалергія вживають терміни «гіперчутливість», «гіперсенсибіліза-ція», «гіперсенситивність».Алерген — це антиген, який спричинює розвиток підвищеної чут-

ливості й призводить до алергічних реакцій при контакті з сенсибілі-зованим (підвищено чутливим) організмом. Тому алерген — це варі-ант антигену, який виявляє свої властивості у алергічних реакціях.Алергічні властивості — здатність антигену спричинювати і

виявляти стан гіперчутливості.Перші вiдомостi про алергічні реакції типу анафілаксії мож-

на знайти у звіті паризького суду: в 1667 р. французький хірургР. Дені зробив повторне переливання крові ягняти пацієнту, щопризвело до смерті.В 1839 р. Мажанді виявив, що кролі гинуть від повторного

парентерального введення яєчного білка, нешкідливого при од-норазовому введенні. Аналогічне явище спостерігалось Флекс-нером при введенні кінської сироватки (1894). Однак увагу до

196

незвичайного феномена підвищеної чутливості було привернутолише після робіт французьких вчених С. Рише і Г. Портьє (1902),які намагались створити несприйнятливість у собак при багато-разовому введенні їм малих доз токсичного екстракту з морсь-кої зірки. Рише запропонував термін «анафілаксія» — захистнавпаки (протизахист).Сьогодні вчення про алергію — розвинута галузь медицини й

імунології, яка вивчається на різних кафедрах. Механізми алер-гічних реакцій докладно вивчатимуться на кафедрі патологічноїфізіології. В курсі імунології на кафедрі мікробіології, імунологіїта вірусології буде розглянуто лише деякi, в основному імуно-логічнi аспекти вчення про алергію, необхіднi для подальшоговивчення цього предмета і суміжних дисциплін. У першу чергубуде приділено увагу алергічним реакціям при інфекційних про-цесах, при введенні вакцинних і сироваткових препаратів, а та-кож буде розглянуто алергічні методи діагностики.

3. КЛАСИФІКАЦІЯ АЛЕРГІЧНИХ РЕАКЦІЙЗА КУМБСОМ І ДЖЕЛОМ

Існує багато різних класифікацій алергії. Найбільше відпові-дає вимогам клініки класифікація Кумбса і Джела (Coombs і Gell)(табл. 10.1).У таблиці подано чотири типи алергічних реакцій. Пропону-

ють доповнити цю таблицю п’ятим типом реакцій — автосенси-білізацією, яка обумовлена дією автоантитіл. Однак нам здаєть-ся, що в цьому немає необхідності, оскільки механізм ав-тоалергічних реакцій все одно зводиться до одного з чотирьохтипів або (частіше) до спільної участі кількох типів реакцій.

4. КЛАСИФІКАЦІЯ АЛЕРГІЧНИХРЕАКЦІЙ НЕГАЙНОГОЙ УПОВІЛЬНЕНОГО ТИПІВ

Наведена класифікація алергічних реакцій використовуєтьсяклініцистами й патологами, однак зберігається також розподілалергічних реакцій на реакції гіперчутливості негайного типу

197

(ГНТ) і гіперчутливості уповільненого типу (ГУТ), який ранішешироко застосовувався (табл. 10.2). Такий розподіл грунтував-ся на терміні прояву алергічних реакцій після контакту антигену— алергену з сенсибілізованим організмом.

Таблиця 10.1. Типи алергічних реакцій

І Анафілакти- Реакція антигену з цитотропни- Атопічна брон-чні та атопі- ми IgЕ, антитілами, фіксовани- хіальна астма,чні ми на тучних клітинах і базофі- інші атопічні

лах, з вивільненням медіаторів хвороби, анафі-типу гістаміну й ушкодженням лактичний шоктканин органів

ІІ Цитотокси- Взаємодія ІgG-антитіл з антиге- Лікарська алер-чні і цитолі- нами, фіксованими на клітин- гія, автоімуннітичні них мембранах, цитоліз внаслі- хвороби, гемо-

док активації комплементу комп- трансфузійнілексом антиген—антитіло ускладнення

ІІІ Імунокомп- Циркулюючі комплекси преци- Сироватковалексні пітуючих антитіл з надлишком хвороба, кола-

антигену осідають на стінках генози, усклад-дрібних судин, ушкоджуючи нення інфекцій-ендотелій, внаслідок активації них захворю-комплементу й лейкоцитів вань

IV Клітинні (ре- Реакція антигену з рецепторами Інфекційна алер-акції уповіль- сенсибілізованих Т-лімфоцитів, гія, контактнаненого типу) виділення лімфокінів, розвиток алергія, транс-

гіперергічного запалення з уча- плантаційнийстю цитотоксичних реакцій імунітет, імуні- макрофагів тет до пухлин

Тип

реакції

Назвареакцій

Основні механізмиімунопатологічних реакцій

Клінічні прояви

198

Основна відмінність ГНТ від ГУТ — механізм реакції. Реакціїнегайної гіперчутливості розвиваються в результаті взаємодіїантигену — алергену з антитілами, а реакції уповільненого типу— клітинні, розвиваються внаслідок специфічної взаємодії алер-гену з рецепторами сенсибілізованих лімфоцитів, які призводятьдо виділення лімфокінів й формування гіперергічного запален-ня.

Характе- Гіперчутливість Гіперчутливість ристика негайного типу уповільненого типу

Час реакції Через 15–30 хв після кон- Через 24–48 год, інодітакту з алергеном через 72 год (проба

Манту)

Основні про- Гіперемія, набряк на місці Припухлість з інфіль-яви реакції трацією моноцитар-

ними елементами

Місце реакції В органах, багатих на Реакції частіше відбува-кровоносні судини, у кро- ються при триваломуві, судинах, гладкій мус- контакті алергену зікулатурі шкірою, а також

в органах

Пасивний Сироваткою крові сен- Лейкоцитами крові йперенос сибілізованого організму клітинами лімфоїдних

органів

Терапія Часто допомагають анти- Антигістамінні препа-гістамінні препарати рати не ефективні

Механізм Взаємодія алергену з цир- Взаємодія алергену зреакції кулюючими або фіксова- рецепторами сенсибі-

ними антитілами лізованих Т-лімфоцитів

Таблиця 10.2. Порівняльна характеристика гіперчутливостінегайного та уповільненого типів

199

5. ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЕРГІЧНИХРЕАКЦІЙ І–ІІІ ТИПІВ

Реакції І типу носять назву анафілактичних (атопічних). Вониспричинюються парентеральним введенням чужорідних сирова-ток, антибіотиків, інших лікарських засобів (анафілактичні) абоконтактом з екзогенними алергенами.

Анафілаксія

Анафілаксія — підвищена чутливість організму на повтор-ний парентеральний контакт з антигеном.Класична модель анафілаксії — анафілактичний шок у морсь-

кої свинки на введення кінської сироватки. Якщо тварині ввестиспочатку малу (0,01–0,0001 мл) сенсибілізуючу дозу, а через 2–3 тиж — велику, вирішальну дозу сироватки, то у неї розвиваєть-ся анафілактичний шок. У тварини з’являється збудження, шерстьстовбурчиться, бо настає спазм гладкої мускулатури шерстнихволосків. Морські свинки стають неспокійними, чхають, трутьноса (виникає свербіж). Згодом тварини кашляють, випускаютьсечу і важко дихають. Всі ці симптоми — результат спазму глад-кої мускулатури. За кілька хвилин тварини починають робитиколові рухи, коли починається параліч задніх лапок, тоді як пе-редніми свинка швидко перебирає. Потім свинки падають на бік,параліч посилюється, дихання стає слабким. Вони швидко ги-нуть від браку кисню при явищах зниження температури тіла,зменшення кількості комплементу і зниження згортання крові.Розтин виявляє емфізему легень, незгортання крові, гіперемію ікрововиливи у слизовій оболонці шлунка, кишок та інших органів.Сенсибілізуючу дозу вводять парентерально, вирішальну —

краще вводити у плин крові (внутрішньовенно, внутрішньосер-цево).Якщо свинка не гине від шоку, розвивається стан антианафі-

лаксії, коли повторне введення вирішальної дози не дає ефекту,оскільки антитіла прореагували і зв’язались при введенні анти-гену, відбулася десенсибілізація. Через кілька днів стан сенси-білізації відновлюється.Пасивна анафілаксія. Підвищену чутливість можна відтвори-

ти у інтактних морських свинок пасивним способом — черезін’єкцію сироватки сенсибілізованих тварин. Стан сенсибілізації

200

настає у них не відразу, а через 24 год при підшкірному, через12 год — при внутрішньочеревинному і через 4 год — при внутрі-шньовенному введенні. Підвищена чутливість може зберігатисяу тварин 3–8 тиж.У людини анафілактичний шок може настати при введенні

гетерологічних лікувально-профілактичних сироваток (проти-правцевої, протидифтерійної тощо), пеніциліну та інших анти-біотиків і лікарських препаратів. Настає ядуха, частішає пульс,знижується артеріальний тиск, температура тіла, виникають су-доми, спазм бронхів, набряки, біль у суглобах, висипи на тілі таін. Інколи людина гине.

Атопія

Одним із видів гіперчутливості негайного типу є атопія (грец.atopos — незвичайний, дивний). Атопія — це генетично обумов-лена схильність до патологічних імунних процесів у відповідь надію алергену (атопену), який не є шкідливим для більшості лю-дей. Її можна вважати спадковою формою алергії.Атопени поділяють на побутові та епідермальні (пил пухових

перин, подушок, епідерміс шкіри, шерсть свійських тварин —котiв, собак, хатній пил (особливе значення має наявність в пилуекскрементів домового кліща Dermatophagoides pteronyssimus іD. farinae) та ін.), виробничі (бібліотечний пил, бавовна, барвни-ки, мила, мийні засоби, лаки, синтетичні речовини тощо), рос-линні (пилок квітучих трав, садових і кімнатних рослин), харчові(яйця, раки, полуниця, цитрусові, кава, какао та ін.), лікарські(антибіотики, сульфаніламідні препарати, ацетилсаліцилова кис-лота та ін.). Це — неінфекційні алергени.Але деякі алергени можуть бути інфекційними. Це продукти

апатогенних та умовно-патогенних мікроорганізмів — плісеннихгрибів, стафілококів, стрептококів та ін. Інфекційні алергени, якправило, менш здатні спричинити атопічні хвороби, але відігра-ють велику роль у розвитку атопічних процесів як фактор спри-яння.До атопічних хвороб належать деякі форми бронхіальної аст-

ми, алергічний нежить, кропивниця, поліноз, харчова алергія таін.Особливою формою атопічних хвороб є алергії від укусу ко-

мах (бджола, оса тощо). Під час укусу в організм людини по-трапляє кілька протеїнів та ферментів (фосфоліпаза, гіалуроні-

201

даза, фосфатаза). Повторний укус гіперчутливої людини спри-чинює небезпечні реакції, які можуть бути смертельними.Атопічний процес розвивається після контакту з екзоалерге-

нами, з якими зустрічаються всі люди, але тільки у осіб зі спад-ковою схильністю до надлишкової продукції ІgЕ такий контактпризводить до алергічного захворювання. У кожнiй родинiсхильність до атопічних хвороб обумовлена успадкуванням пев-ного HLA-гена, але й дотепер невідомо, якого конкретно. Існуєприпущення про меншу вірогідність розвитку пухлин у хворихна атопію.Механізм алергічних реакцій І типу: алерген реагує з ан-

титілами ІgЕ (їх називають цитофільними, гомоцитотропними,реагінами), фіксованими за допомогою свого цитофільного ком-понента до мембран клітин-мішеней (базофілів, тучних клітин,які інколи називають алергоцитами), це призводить до деграну-ляції клітин і викиду медіаторів (гістаміну, гепарину, серотоні-ну, еозинофільного хемотаксисного фактора, простагландинівта ін.), серед яких головну роль відіграє гістамін. Основні про-яви пов’язані з порушенням проникності капілярів (набряки), атакож зі спазмом гладкої мускулатури бронхів і судин (бронхо-спазм, порушення кровообігу) (рис. 10.1).Боротьбу з алергічними захворюваннями проводять комплекс-

но. Виявляють, до якого алергену існує алергія (внутрішньошкірніпроби, тести іn vitro, серед яких найінформативнішим є ІФА звиявленням ІgЕ — антитіл до алергену), запобігають контакту зцим алергеном, блокують викид медіаторів стабілізаторами мем-бран, наприклад, інталом (кромоглікат натрію), призначаютьантигістамінні засоби (димедрол, супрастин, діазолін, тавегіл таін.). Іноді тривале поліпшення настає лише після специфічноїдесенсибілізуючої імунотерапії алергеном, коли в результаті три-валої імунізації малими дозами алергену виробляються ІgG —антитіла, що нейтралізують алерген до його контакту з анти-тілами на клітинах-мішенях.Профілактика анафілактичного шоку при введенні лікарсь-

ких препаратів полягає у внутрішньошкірній пробі перед пер-шим введенням медикаменту. У разі виявлення сенсибілізації цейпрепарат не застосовують. Профілактика анафілактичного шокупри введенні гетерологічних сироваток є такою: роблять внутріш-ньошкірну пробу 0,1 мл розведеною в 100 разів сироваткою; якщочерез півгодини розмір гіперемії не перевищує 10 мм, що свідчитьпро відсутність сенсибілізації до кінського білка, продовжують

202

Алерген

Антитілодо алергену

Молекули зв’язуються

з рецепторамибазофілів

і мастоцитів

-рецептордля IgE

Тучнаклітина

Алергенреагує з IgE

Алергічна реакція– розширення капілярів– вихід рідини в тканини– спазм гладкої мускулатури

Звільнення медіаторів(гістаміну та ін.)

Рис. 10.1. Схема реакції гіперчутливості І типу

203

вводити сироватку за Безредкою дрібними порціями, згідно зінструкцією.

При дрібному введенні навіть за наявності сенсибілізації (пробаіноді дає неточні результати) анафілактичний шок не розвиваєть-ся, оскільки відбувається зв’язування антитіл до алергену мали-ми дозами алергену без видимих проявів.Реакції ІІ типу (цитотоксичні і цитолітичні) зумовлені взаємо-

дією фіксованих на мембранах клітин антигенів (це можуть бутиклітинні антигени, наприклад, ізоантигени при переливанні не-сумісної крові або автоантигени, а також адсорбовані на кліти-нах чужорідні антигени, наприклад, лікарські речовини) з цир-кулюючими антитілами (рис. 10.2). Внаслідок активації комп-лементу відбувається ушкодження і лізис клітин.До реакцій другого типу належить, наприклад, гемолітична

хвороба новонароджених (резус-конфлікт). Якщо у резус-нега-тивної матері буде резус-позитивний плід, то виникають умовидля проникнення еритроцитів плода в організм матері. Ці ерит-роцити стимулюють синтез антитіл до них. IgG-антитіла, навідміну від iнших імуноглобулінів, можуть проходити крізь пла-центарний бар’єр і ушкоджувати еритроцити резус-позитивногоплода при наступнiй вагітності. Тому після пологів резус-нега-тивним матерям треба вводити антирезусний імуноглобулін, який

дія комплемента дія К-клітини дія макрофага

Рис. 10.2. Схема реакції гіперчутливості ІІ типу

антиген (клітинний або адсорбованийклітиною);

антитіло до антигену; С5–С9 — активованікомпоненти комплементу; К — лімфоцит-кілер,який здійснює антитілозалежну цитотоксич-ність; МФ — макрофаг;

рецептор до Fc-фрагмента імуноглобуліну,розташований на макрофагу або К-клітині

Fc –

–

–

204

знищує резус-позитивні клітини у кровотоку матері й пригнічуєутворення антирезусних антитіл.Лікарська алергія ІІ типу. Лікарські засоби інколи можуть бути

гаптенами, що приєднуються до поверхні клітини і стимулюютьпродукцію антитіл, які будуть токсичними для комплексу ліки–клітина (за умов активування комплементу). Так розвиваютьсядеякі випадки лікарської гемолітичної анемії, агранулоцитозу татромбоцитопенічної пурпури.Автоімунні хвороби. В організмі людини протягом життя по-

стійно синтезуються автоантитіла, які мають властивість знешко-джувати і зв’язувати продукти розпаду й метаболізму клітин. Ціантитіла відіграють важливу роль у життєдіяльності людськогоорганізму. Але інколи розвивається автоагресія імунної систе-ми проти своїх антигенів, розмiщених на поверхні клітин за ме-ханізмом реакції гіперчутливості ІІ типу.До утворення автоагресії призводять різні зовнішні та

внутрішні фактори. Існує п’ять можливих шляхів цього.1. Розвивається реакція до так званих прихованих антигенів,

антигенів забар’єрних органів при їхньому ушкодженні (до про-теїнів кришталика ока, антигенів статевих органів, тиреогло-булiну щитоподібної залози тощо).

2. Хімічні, біологічні чи фізичні фактори можуть змінити при-роду своїх антигенів так, що імунні клітини розпізнають їх якчужі і реагують на такі змінені антигени.

Серед хімічних факторів слід звернути увагу на лікарські за-соби гаптенової природи. Біологічно змінені антигени можутьутворюватися внаслідок мутацій або появи вірусних антигенівна поверхні інфікованих ними клітин. Під дією світла, холоду,радіації антигени можуть здобути нові антигенні детермінантичи виявити інтрамолекулярні приховані епітопи, «чужі» або не-відомі для імунних клітин. Незначних змін «своїх» антигенів до-статньо, щоб вони сприймались як чужі. Створені проти них ан-титіла реагують не тільки зі зміненими клітинними антигенами,але також перехресно атакують незмінені антигени, що призво-дить до автоімунних хвороб.

3. Досить часто існує антигенна спорідненість між антигена-ми мікроорганізмів і антигенами тваринних клітин. Такі спорід-нені антигени можуть спричинювати автоімунні хвороби, оскіль-ки антитіла до деяких бактерійних антигенів можуть перехреснореагувати з антигенами хазяїна і вбивати його клітини. Наприк-

205

лад, доведено антигенну спорідненість між тканинами серця істрептококом, що має значення в патогенезі ревматизму.

4. Причиною автоагресії може бути також ненормальна іму-норегуляція. За надмірної активізації Т-хелперів чи Т-контрсу-пресорів, а також при зменшенні кількості чи активності Т-супресорів деякі свої антигени здаються «чужими» для імунних

клітин, що може спричинити автоімунну хворобу.5. Може відігравати роль також мутація імунних клітин, що

спричинює продукцію змінених антитіл, здатних реагувати зі свої-ми антигенами. Така можливість існує, хоча ще не доведена.Алергічні реакції ІІ типу не піддаються ефективній терапії

антигістамінними засобами, деякий ефект дають інгібітори про-теаз (контрикал, трасилол, амінокапронова кислота та ін.).Реакції ІІІ типу — імунокомплексні, розвиваються внаслідок

ушкодження тканин комплексом антиген–антитіло (рис. 10.3).Циркулюючі антитіла утворюють з циркулюючими антигенамикомплекси, які разом з активованим комплементом осідають настінках дрібних судин, ушкоджуючи ендотелій, що призводитьдо розвитку тромбозів і порушення кровообігу.Феномен Артюса. Повторне підшкірне введення кролям анти-

гену (наприклад, чужорідної сироватки) з інтервалом у кілька

КомплементНейтрофілиБазофіли

ЛімфоцитиТромбоцити

Активація Комплекс АГ–АТ

Запальні ефектиПорушення проникності судин, тромбоз,

цитоліз, ушкодження тканин

Рис. 10.3. Схема реакції гіперчутливості ІІІ типу

206

діб може поступово призвести до тяжких ушкоджень — некрозута виразковості. Реакція потребує високого рівня преципітую-чих антитіл, взаємодія антитіл з антигеном вiдбувається на місцівведення антигену. Ушкодження буде локальним, оскільки імуннікомплекси швидко преципітуються і токсично впливають наклітини й тканини в цьому місці. Найбільше ушкоджуються стінкикровоносних судин. Феномен Артюса інколи (досить рідко) ви-никає у людини при щепленні антирабічною вакциною.Сироваткова хвороба розвивається, як правило, на 8–12-й день

після введення кінської сироватки майже у 50 % людей у виглядідрібного висипу з сильним свербежем, підвищенням температу-ри тіла, набряклістю, болем у суглобах, збільшенням лімфатич-них вузлів, порушенням функції органів кровообігу, спочаткулейкоцитозом, потім лейкопенією і відносним лімфоцитозом, ура-женням нирок.Введення сироватки за Безредкою не запобiгає розвитку си-

роваткової хвороби. Для зниження небезпеки алергічних усклад-нень необхідно очищувати сироватки від баластних білків, замі-нювати нативні сироватки імуноглобулінами із них, а замістьгетерологічних сироваток вводити сироватки з крові людини.Реакції типу сироваткової хвороби. Тривала медикаментозна

терапія препаратами типу пеніциліну і сульфаніламідів призво-дить до появи таких симптомів, як і при сироватковій хворобі.Базальна мембрана ниркових гломерул високо сприйнятлива доушкодження імунними комплексами. Багато видів нефритів єрезультатом ушкодження такого типу (нефрити, супровідністрептококовiй інфекції, інфекційному ендокардиту, системно-му червоному вовчаку та ін.). Імунні комплекси характерні длябагатьох мікробних процесів, спричиняють ушкодження тканинтипу петехій при інфекційному ендокардитi, шкірному васкулітi,нодозному періартеріїтi, багатьох інфекційних хворобах.Хоча термiн настання реакції після контакту сенсибілізова-

ного організму з алергеном при описаних типах гіперчутливостіможе бути різним, реакції І–ІІІ типів слід вважати реакціямигіперчутливості негайного типу, оскільки механізм цих реакційпов’язаний з дією антитіл. За реалізацію ГНТ відповідає В-сис-тема лімфоїдної тканини.У чистому вигляді кожен із цих типів зустрічається рідко, за-

звичай йдеться лише про переважну роль певного типу реакції.Можливо, тільки при атопічній формі бронхіальної астми спосте-рігається реакція І типу в чистому вигляді.

207

6. АЛЕРГІЧНІ РЕАКЦІЇ IV ТИПУ

До них належать реакції гіперчутливості уповільненого типу(ГУТ). Їх ще називають реакціями туберкулінового типу (впер-ше описані Р. Кохом, який відкрив інфекційну алергію, вивчаю-чи реакції інфікованих туберкульозом морських свинок на пре-парат з мікробактерій туберкульозу). Реакції ГУТ відбуваютьсявнаслідок взаємодії алергену з рецепторами сенсибілізованих донього Т-лімфоцитів — ефекторів ГУТ (рис. 10.4). Розрізняютьмедіатори, що спричинюють бласттрансформацію лімфоцитів,проліферацію клітин з розвитком гіперергічного запалення, при-тягують і активують макрофаги. Цей тип реакції, по суті, є про-явом клітинного імунітету, оскільки антитіла не беруть участi вГУТ.Окрім інфекційної алергії, ГУТ сприяє розвитку контактних

дерматитів. При контакті з багатьма хімічними речовинами навиробництві і в побуті відбувається зв’язування цих речовин зклітинами шкіри та утворення нових антигенів, розвиток ГУТ доних, що призводить до ураження шкіри у вигляді дерматиту.Алергенами можуть бути, наприклад, пікрилхлорид, динітро-фторбензол, компоненти деяких косметичних сполук, солі ніке-лю (наприклад, контакт з нікельованими деталями ювелірних ви-робів).Трансплантаційний імунітет (відторгнення трансплантата) обу-

мовлений саме клітинною реакцією, розвитком гіперергічногозапалення.Протипухлинний імунітет, якщо він розвивається, реалізується

також через реакцію ГУТ до неоантигенів. Антитіла при транс-плантаційному й протипухлинному імунітеті не тільки не підси-люють реакцію організму, а навіть дають феномен захисту транс-плантата або пухлини за рахунок того, що вони блокують анти-гени, роблячи їх недоступними для рецепторів сенсибілізованихТ-лімфоцитів.Роль лімфоцитів у реакції відторгнення трансплантата вияв-

ляється також здатністю антилімфоцитарних сироваток гальму-вати відторгнення. Антилімфоцитарний імуноглобулін, набутийвнаслідок імунізації коней суспензією клітин селезінки людини,застосовується при трансплантації органів. Застосовують такожмоноклональні антитіла проти окремих субпопуляцій Т-лімфо-цитів.

208

Алерген

Післякількох годин

Т-ефекторигіперчутливості

уповільненого типу(сенсибілізованіТ-лімфоцити)

Виділеннялімфокінів

Макрофаги і Т-кілериактивуються лімфокінами

Гіперергічнезапалення

Рис. 10.4. Схема реакції гіперчутливості IV типу

209

7. ІНФЕКЦІЙНА АЛЕРГІЯ

Інфекційна алергія — це підвищена чутливість організму дозбудника, продуктів його життєдіяльності й розпаду, що розви-вається внаслідок інфекційного процесу.Вона виникає при багатьох захворюваннях, але при деяких

відіграє важливу роль у патогенезі. Звичайно йдеться про три-валі, часто рецидивні захворювання. Найбільше виражена інфек-ційна алергія при туберкульозі, бруцельозі, туляремії, токсо-плазмозі, стафілококовій, стрептококовій інфекціях тощо. Біль-шість дослідників вважає, що розвиток інфекційної алергії можепризвести до тяжчого перебігу інфекційного процесу, підсилен-ня ушкоджень тканин за рахунок гіперергічних запальних ре-акцій. Проте інколи таке запалення спричинює швидке обмеженнязбудника, перешкоджаючи генералізації процесу.Оскільки інфекційна алергія специфічна по відношенню до

мікроорганізму, то виявлення стану сенсибілізації до збудникавикористовують для діагностики.Алергічна діагностика — це діагностика захворювання шля-

хом виявлення інфекційної алергії до збудника. Найбільше зна-чення цей метод діагностики має при туберкульозі (реакція Ман-ту), бруцельозі, токсоплазмозі та ін. Для алергодіагностики за-стосовують діагностичні алергени — туберкулін, бруцелін, ток-соплазмін, стафілококовий, стрептококовий алергени та ін. Зви-чайно бактеріальні алергени — це термостабільні бактеріопро-теїни.На кафедрі біохімії Одеського медичного інституту проф.

Д. А. Цуверкаловим було розроблено алерген дизентерин, якийтривало застосовувався при діагностиці хронічної дизентерії, атакож розчинений бруцельозний алерген — бруцелолізат. Накафедрі мікробіології, вірусології та імунології Одеського медич-ного університету проводились роботи з вдосконалення стреп-тококового і стафілококового алергенів під керівництвом проф.С. М. Мінервіна.

Алергодіагностика при інфекційних захворюваннях можепроводитись внутрішньошкірним тестуванням, а також за допо-могою пробіркових реакцій — бласттрансформації, пригніченняміграції, імунолейколізу.

210

8. РОЛЬ АЛЕРГІЇ В ІМУНІТЕТІ

Алергічні реакції, як правило, шкодять організму, тому склад-но зрозуміти, чому імунна система людини реагує на антигентак бурхливо. Співвідношення ушкоджуючої і захисної дії приалергії не можна оцінити однозначно. Очевидно, алергічна ре-акція переважно спрямована на здійснення головної функції імун-ної системи — захисту від чужорідних антигенів. Те, що при цьо-му можна зашкодити організму, є неминучою платою за захиствід чужого. Найімовірніше, алергічні механізми виконують своюзахисну функцію непомітно для організму, тільки під час занад-то бурхливої реакції алергія стає помітною. Така бурхлива реак-ція може бути наслідком неадекватної роботи імунної системи,тобто шкідлива дія алергічної реакції — наслідок поломки, не-належного функціонування імунної системи. Дійсно, при імуно-дефіцитних станах збільшується кількість алергічних захворю-вань через дефектність, у першу чергу, тонких регуляторних ме-ханізмів імунної системи, атопічні хвороби — наслідок спадко-вої патології.Часто алергічні реакції розвиваються внаслідок контакту зі

штучними хімічними сполуками або при неприродному надхо-дженні речовин в організм (парентеральні ін’єкції кінської сиро-ватки). Природа не передбачила, що у вени людей вводитимутьчужорідні білки, тому не розробила адекватного механізму за-хисту.При інфекційних захворюваннях алергія виконує переважно

захисну функцію, хоча часто імунна система не справляється задекватним реагуванням, що призводить до тяжчого перебігупатологічного процесу. Захисна запальна реакція, яка розви-вається в ураженому органі, сама по собі призводить до пору-шення нормального функціонування органів. Механізми алергіїтісно пов’язані з механізмами імунопатології, які вивчатимутьсяна кафедрах патологічної фізіології, патологічної анатомії йклінічних кафедрах.

211

ЛЕКЦІЯ XI

ІМУНОТЕРАПІЯТА ІМУНОПРОФІЛАКТИКА

1. Завдання прикладної імунології2. Вакцини3. Нові підходи до створення вакцин4. Вакцинопрофілактика та вакцинотерапія5. Сироваткові препарати6. Серотерапія та серопрофілактика7. Діагностичні імунопрепарати8. Моноклональні антитіла

1. ЗАВДАННЯ ПРИКЛАДНОЇ ІМУНОЛОГІЇ

Імунологія — наука, теоретичні досягнення якої дуже швидковпроваджуються в практику. Ще до теоретичного обгрунтуван-ня імунології Е. Дженнером було розроблено метод профілакти-ки натуральної віспи шляхом вакцинації. До відкриття вірусівЛ. Пастер отримав вірусну вакцину проти сказу. Після відкрит-тя гібридомної технології (Г. Келер і К. Мільштейн, 1975) роз-почалося масове виробництво моноклональних антитіл для прак-тичних потреб, що стало початком нової ери в біології та меди-цині. Автори відкриття були нагороджені Нобелівською премієюу галузі медицини (1984).Прикладне значення імунології для сучасної медицини важко

переоцінити. Реакції імунітету є основою методів лабораторноїдіагностики інфекційних захворювань, імунологічні методи ши-роко застосовують для діагностики та контролю за лікуваннямбагатьох неінфекційних захворювань, у трансплантології, онко-логії, акушерсько-гінекологічній практиці тощо. Імунологічніпрепарати застосовують для лікування, профілактики і діагнос-тики інфекційних та неінфекційних захворювань, в етіології якихберуть участь мікроорганізми.

212

Застосування імунологічних реакцій та препаратів для діаг-ностики інфекційних хвороб (серологічна діагностика, алергіч-на діагностика, серологічна ідентифікація мікроорганізмів) де-тально вивчається студентами під час практичних занять.Розглянемо один із найважливіших напрямків прикладної іму-

нології — імунотерапію та імунопрофілактику інфекційних захво-рювань, або, як казали раніше, вчення про вакцини та сироват-ки. Завдання прикладної імунології — створювати нові та вдос-коналювати існуючі препарати і методи для імунотерапії,імунопрофілактики та імунодіагностики, а також впроваджува-ти їхнє застосування в практику охорони здоров’я.

2. ВАКЦИНИ

Вакцина — антигенний препарат із мікроорганізмів для ство-рення штучного активного імунітету.Цей термін було впроваджено засновником методу вакцино-

профілактики інфекційних захворювань Л. Пастером на знак виз-нання заслуг англійського лікаря Е. Дженнера, який запропону-вав щеплення проти віспи із застосуванням вірусу коров’ячоївіспи (лат. vaccinus — коров’ячий). Перший вакцинний штам бувзапозичений у готовому вигляді у природи, однак принцип профі-лактики інфекційних захворювань шляхом введення ослаблено-го (атенуйованого) збудника було розроблено Л. Пастером. Істо-рія розвитку цього методу досить повно викладена у навчальнійлітературі.Наведене визначення вакцини сьогодні вже не зовсім точне,

оскільки існує перспектива і практичні дослідження щодо ство-рення синтетичних, а також антиідіотипових (із моноклональ-них антитіл) вакцин, які не можна назвати препаратами із мікро-організмів. Однак ці нові вакцини поки ще не здобули широкогопрактичного застосування. Медицина донині використовує впрактиці охорони здоров’я здебільшого традиційні вакцини, яківідповідають наведеному вище визначенню вакцин.В табл. 11.1 наводиться класифікація вакцин, які можуть за-

стосовуватися на практиці або поки що перебувають на стадіїексперименту.Традиційні вакцини — це в першу чергу живі вакцини, які

містять штами збудників з ослабленою вірулентністю.

213

Атенуація (ослаблення вірулентності) базується на емпіричновстановленому пастерівському принципі культивування мікро-організмів у несприятливих умовах: при підвищеній температурі(найперша науково розроблена вакцина проти сибірки отрима-на Л. Пастером шляхом культивування Вacillus anthracis при +42–43 °С); при додаванні в середовище антимікробних речовин (ту-беркульозна вакцина BCG отримана Кальметом та Гереном притривалому пасажі збудника туберкульозу на живильному сере-довищі із додаванням жовчі); при проведенні через малочутли-вий організм; шляхом селекції маловірулентних варіантів збуд-ника (чумна вакцина Жирара та Робіка із штаму EV).Однак будь-які методи атенуації — це селекція маловірулент-

них мутантів мікроорганізмів, а відповідні умови тільки сприя-ють селекціонуванню, бо атенуйований штам повинен мати ге-нетично закріплену ослаблену вірулентність.Тому необхідно остерігатися можливості виникнення реверсії

атенуйованих штамів у початковий вірулентний «дикий» вид.Щоправда, щодо існуючих живих вакцин ці застереження щеніколи не підтверджувались.Живі вакцини мають певні переваги: вони створюють, як пра-

вило, напружений та стійкий імунітет, схожий з постінфекцій-ним, оскільки модулюють звичайні взаємовідносини мікро- і мак-роорганізмів. Жива вакцина розмножується в організмі, вакцин-ний штам може персистувати (довго перебувати) в організмі.Ентеральна поліомієлітна вакцина може навіть виділятися з фе-

Таблиця 11.1. Класифікація вакцин

Традиційні

1-го покоління (корпускулярні)живівбиті

2-го покоління (хімічні)анатоксиникомпоненти мікроорганізмівсубодиничні (розщеплені)

Моновакцини, полівалентніасоційованіадсорбовані

Нові

Синтетичніолігопептидиолігосахариди

Живі генноінженерніПродукти рекомбінантних системсубодиничніантиідіотипові

Із застосуванням засобів посилен-ня імуногенності та протективноїактивності

214

каліями, забезпечуючи природну імунізацію населення вакцин-ним штамом, що приводить до витіснення вірулентних штаміввірусу з циркуляції серед населення.Недолік живих вакцин — загроза розвитку тяжких інфекцій-

них ускладнень у людей з вадами імунної системи. Таким осо-бам протипоказане введення живих вакцин. До того ж, не вдало-ся отримати ефективні живі вакцини проти деяких захворювань.Убиті (інактивовані) вакцини готують із максимально імуно-

генних мікроорганізмів шляхом інактивації температурою, фор-маліном, фенолом, спиртом, ультрафіолетовим промінням в умо-вах, які виключають денатурацію антигенів. Найчастіше засто-совують вбиту кашлюкову вакцину, але існують також лептоспі-розна, енцефалітна та ін.Вакцини 2-го покоління — це хімічні вакцини. Необхідність

їхньої розробки зумовлена тим, що корпускулярна вакцинамістить у собі багато антигенних детермінант, а протективні вла-стивості мають тільки деякі з них, тому цілком зрозуміле праг-нення очистити вакцини від неактивних баластних речовин і кон-струювати вакцинні препарати тільки з високоімуногенних ком-понентів мікроорганізмів.Анатоксин — знешкоджений формаліном екзотоксин, який

втратив свої отруйні, але зберіг антигенні властивості, тобтоможливість спричинювати утворення антитіл — антитоксинів.Отримують анатоксини (токсоїди) із екзотоксину шляхом об-

робки 0,4%-м розчином формаліну при +40 °С протягом чоти-рьох тижнів (правило четвірки). Отримані дифтерійний, правце-вий, стафілококовий, ботулінічні, гангренозні анатоксини, а та-кож холероген — анатоксин.Одиниці активності анатоксину — ЛФ (LF) та одиниця зв’язу-

вання (ОЗ). 1 ЛФ — та кількість анатоксину, яка дає початковуфлокуляцію з 1 МО відповідної антитоксичної сироватки. Тит-рується in vitro у варіанті постановки реакції преципітації — ре-акції флокуляції. У ЛФ звичайно дозують дифтерійний анаток-син. Інші анатоксини дозують в ОЗ. 1 ОЗ — та доза анатоксину,яка зв’язує 1 МО антисироватки. Для титрування в ОЗ до відпо-відної кількості МО антитоксичної сироватки додають порціюанатоксину і потім титрують у реакції нейтралізації на тваринахкількість МО сироватки, що залишилася незв’язаною. Це дозво-ляє визначити кількість МО, які зв’язалися анатоксином.

Із хімічних вакцин, крім анатоксинів, найбільше застосову-ють менінгококову хімічну вакцину, висипнотифозну та ін.

215

Для підвищення імуногенності хімічних вакцин їх адсорбуютьна гідрооксиді алюмінію та інших сполуках, що перетворює роз-чинні антигени у зв’язані на хімічній основі, утворюється депо ворганізмі з повільною резорбцією антигенів і підсиленням імун-ної відповіді. Речовини, що підвищують імуногенність препаратів,називають ад’ювантами (лат. adjuvans — допомагаючий).Моновакцинами називають вакцини, до складу яких входять

антигени одного виду збудника, полівалентними — до складуяких входять антигени різних сероварів одного виду (поліомієліт-на вакцина із збудника трьох сероварів), асоційованими — вак-цини із антигенів різних видів мікроорганізмів. Найбільше за-стосовують асоційовану вакцину АКДП — адсорбовану каш-люково-дифтерійно-правцеву вакцину. Вона містить вбиту каш-люкову вакцину, дифтерійний і правцевий анатоксини.

3. НОВІ ПІДХОДИДО СТВОРЕННЯ ВАКЦИН

Застосування генетичних, біохімічних та імунологічних прин-ципів до створення нових вакцин відкриває перспективу успіш-ної імунізації проти ряду захворювань, проблему захисту протияких до цього часу не було вирішено. Сучасні методи дослідження— використання рекомбінантної ДНК, антиідіотипових антитіл,хімічний синтез вакцин. Ці методи вже стали експерименталь-ною базою для створення імунітету проти малярії, трипаносо-мозу та гепатиту В.Рекомбінантні вакцини. Найважливіші підходи до створення

нових вакцин, безумовно, перебувають у галузі рекомбінантноїтехнології.Метод грунтується на тому, що геномна ДНК практично з

будь-якого джерела, яка містить структурні гени для необхіднихантигенів, може бути вбудована у плазмідні або вірусні вектори.Інфекція бактерій, дріжджів або клітин ссавців відповідним век-тором супроводжується експресією ДНК у формі продукту її гена(антигену). Таким чином, внаслідок культивування клітин мож-на отримати велику кількість необхідних антигенів.Вірус вакцини є зручним провідником для екзогенної ДНК,

тому що він має великий ДНК геном, депротеїнізована ДНК цьоговірусу неінфікована. З ним можна безпечно працювати у лабо-

216

раторних умовах, він має здатність до транскрибіювання влас-ного геному, репродукується переважно у цитоплазмі, а не в ядрі,де вірус міг би легше змінювати клітину-хазяїна. Широке вико-ристання вірусу вакцини для профілактики натуральної віспипротягом майже 200 років створило основу для сприймання вірусувакцини як засобу для імунізації населення.Порядок роботи з отримання рекомбінантної вакцини може

змінюватися залежно від вектора і лабораторних умов. Наприк-лад, для отримання вакцини проти гепатиту В треба спочаткувиділити ДНК вірусу гепатиту В, за допомогою ферменту ендо-нуклеази розщепити її та зшити ген для HВsAg з ДНК вірусувісповакцини. Процес зшивання виконують так, щоб кожен кінецьгену для HВsAg був зв’язаний з ДНК вірусу вакцини. Такий ком-плекс (ДНК вакцини — ДНК HВs антигену — ДНК вакцини)вбудовується в плазмідний вектор за допомогою розщеплення ізшивання ендонуклеазою. Потім всю цю конструкцію викорис-товують для зараження лінії клітин, яка одночасно інфікуєтьсявірусом вакцини. Коли відбувається рекомбінація між вірусомвакцини і такою складовою ДНК, ген для HВsAg вбудовується увірус вакцини.Рекомбінанти необхідно селекціонувати, відібрати за ознакою

секреції HВsAg із вторинної культури клітин, інфікованої віру-сом вакцини, виділеним із первинної культури клітин. В резуль-таті отримують дрібні частки діаметром 22 нм, ідентичні поверх-невому антигену вірусу гепатиту В у крові носіїв вірусу гепатитуВ. Кролі, імунізовані отриманим вірусом вакцини, продукувалиантитіла у титрах, які у 10 та більше разів перевищують рівеньантитіл, який вважають захисним для людини. Це вказує на те,що рекомбінований вірус вакцини забезпечує синтез та секре-цію HВsAg паралельно з інфекцією вірусом вакцини.Цей метод було використано також для глікопротеїду D віру-

су простого герпесу, а також грипозних вакцин. Оскільки у вірусвісповакцини можна включати до 25 000 пар основ додатково, апослідовності для антигенів — часто менше 1000 пар основ, вірусвакцини можна використовувати як полівалентну вакцину, яканесе антигени для багатьох різноманітних патогенних мікроор-ганізмів.Синтетичні вакцини. Інший підхід до створення нових вакцин

базується на пептидному синтезі. В результаті дослідження по-слідовності ДНК, матричної РНК або безпосередньо первинноїструктури білка можна визначити повну структуру антигену. Не

217

завжди необхідно знати повну амінокислотну послідовність, ос-кільки суттєві епітопи антигену можуть бути визначені імуноло-гічними методами, але як тільки ці епітопи ідентифіковані, вико-ристовують пептидний синтез для опрацювання цих антигеннихдетермінант.Отримано синтетичний декапептид вірусу гепатиту В. Пасив-

на імунізація експериментально виготовленою антисироваткоюдо цього синтетичного пептиду створювала частковий захистшимпанзе від вірусної інфекції.Токсин дифтерії (молекулярна маса 62 000) — інший антиген,

який вивчали з точки зору отримання синтетичної вакцини. Пов-на амінокислотна послідовність токсину відома і визначена яктака, що має дві Цис-Цис петлі. Одна з цих петель з’єднує за-лишки від 188 до 201. Гексадекапептид (16 залишків) з амінокис-лот від 186 до 201 був зв’язаний з білковим носієм і використа-ний для імунізації морських свинок. Антитіла отриманої імунноїсироватки зв’язували нативний токсин і нейтралізували його дер-монекротичну та летальну активність для морських свинок. Це єдостатньою основою перспективності такої вакцини.Білки спорозоїтів малярійного плазмодія — показовий при-

клад того, наскільки ефективною може бути синтетична вакци-на. Білки, які перебувають на зовнішній поверхні спорозоїтів утій стадії розвитку, в якій збудник малярії потрапляє до організ-му людини під час укусу комара, мають імуногенні властивості.Plasmodium vivax, Plasmodium falciparium, Plasmodium malariaeта вірогідно інші види плазмодіїв містять близькі за структурою,якщо не ідентичні, спорозоїтні білки.Антисироватка зі здатністю нейтралізувати інвазійну здат-

ність спорозоїтів сприяє визволенню спорозоїтного білка з по-верхні паразита, що підтверджує вирішальну роль цього білка упротималярійному імунітеті. Моноклональні антитіла, специфічнідля спорозоїтного білка, дозволили встановити, що цей білокмає високу молекулярну масу (42 000), але містить єдиний епі-топ, який повторюється багато разів. Амінокислотна послідовністьцієї детермінанти була визначена, вона виявилася декапептидом.Димерна форма цього пептиду була пов’язана з бичачим гамма-глобуліном або гемоціаніном як повноцінним носієм і використа-на для імунізації кролів. Додавання антидимерної сироватки доспорозоїтів запобігало їх інвазійній здатності для мавп.Одним із недоліків синтетичних пептидних вакцин залишається

те, що вони містять тільки один епітоп, отже, є гаптенами. Це

218

вимагає створення неоантигенів, причому необхідно так підібра-ти молекулу носія, щоб не було небажаного продукування ан-титіл у реципієнта вакцини.Ми не обговорюємо нові вакцини, які поки ще мало викорис-

товують на практиці (наприклад, вакцина проти СНІДу).Антиідіотипічні вакцини. Як зазначалося на лекції «Біологія

імунної відповіді», ідіотипічна детермінанта імуноглобуліну —це та частина варіабельної ділянки, яка містить антигензв’язую-чий центр. Кожен ідіотип відповідає унікальному епітопу анти-гену. Ідіотоп розпізнається як унікальна антигенна частина іму-ноглобуліну і служить стимулом для формування антиідіотипіч-них антитіл відповідно до теорії імунологічної регуляторної сіткиЕрне. Таким чином, епітоп дзеркально відтворюється в ідіотопі,який, у свою чергу, відбивається іншим ідіотопом у антиідіоти-пічному антитілі. Отже, антиідіотип та епітоп можна розгляда-ти як дзеркальні відбитки ідіотипу і, таким чином, вони подібніміж собою. Чи є це підставою для того, щоб вважати, що анти-ідіотипічний імуноглобулін може виконувати функцію епітопу яквакцини?У деяких випадках — так, тобто антиідіотип може замінюва-

ти первісний антигенний епітоп. Використані як «вакцини» ан-тиідіотипічні антитіла до поверхневого глікопротеїнового анти-гену збудника сонної хвороби, Trypanosoma rhodesiense, захи-щали мишей від зараження паразитом α-антигену вірусу гепа-титу В. Після введення антиідіотипічної сироватки підвищува-лася відповідь на стандартну вакцину гепатиту В або пептиднувакцину з цього вірусу. В цьому прикладі вірус застосовували якзміцнюючий антиген для антиідіотипічної вакцини, ефективністьякої підтверджувалася побічно.Антиідіотипічні вакцини мають бути найкориснішими, коли

первинний антиген важко виділити, якщо він містить токсичнікомпоненти або може реверсувати з атенуйованого стану довихідного (початкового) вірулентного виду. Один суттєвий не-долік — антиідіотипічні сироватки, які походять від людини, небули взагалі доступні для вивчення або достатньо не вивчені.Антиідіотипічні сироватки інших видів тварин мають період на-піврозпаду в організмі людини лише один-два тижні, що різкознижує їхню ефективність. Ризик розвитку сироваткової хворо-би під час введення людині гетерологічних лікувально-профі-лактичних сироваток дуже високий (як зазначалося при вив-ченні алергії).

219

Ці недоліки можна усунути, використовуючи людські анти-ідіотипічні антитіла, отримані з сироватки людини або за допо-могою людських гібридóм.Отже, нові вакцини поки що перебувають у стадії розробки і

не мають широкого практичного застосування. У профілактиціінфекційних захворювань основне значення належить традицій-ним вакцинам.

4. ВАКЦИНОПРОФІЛАКТИКАТА ВАКЦИНОТЕРАПІЯ

Вакцини застосовують переважно для профілактики інфек-ційних захворювань — вакцинопрофілактики. Планова вакцино-профілактика — це обов’язкова вакцинація дитячого населення,незалежно від епідемічної ситуації.Згідно із наказом МОЗ України від 25.01.96 р. № 14, у нас у

країні планову вакцинацію проводять проти таких хвороб:1) туберкульозу (вакцина БЦЖ ) — на 3–5-й день життя дити-

ни;2) поліомієліту (жива ентеральна) + кашлюку, дифтерії та

правця (АКДП) — в 3 міс життя триразово з інтервалом в одинмісяць;

3) кору, паротиту, краснухи (асоційована жива вакцина чивідповідні моновакцини ) — в 12 міс;

4) обов’язкова вакцинація проти гепатиту В, починаючи з1 міс життя.У Великобританії дотримуються аналогічної схеми планової

вакцинації (табл. 11.2).Вакцинація за епідеміологічними показаннями проводиться в

районах, ендемічних за відповідними інфекціями (наприклад,кліщовий енцефаліт), а також для запобігання розповсюдженнюмасових епідемій (грипозна, холерна вакцини).Вакцинотерапія — лікування захворювань за допомогою вак-

цин. Звичайну вакцинотерапію застосовують при хронічних за-хворюваннях з в’ялим перебігом, з метою стимулювання імунноїсистеми організму — при гонореї, дизентерії, бруцельозі, стафі-лококових інфекціях тощо.Лікувальні вакцини готують у виробничих умовах, спеціально

з цією метою. Здебільшого це інактивовані вакцини. Тільки один

220

анатоксин застосовується для вакцинотерапії — стафілококо-вий. Різновид лікувальної вакцини — автовакцина, яка готуєтьсяіндивідуально із мікроорганізму, виділеного від пацієнта, і засто-совується тільки для нього. Автовакцина часто буває значноефективнішою, ніж вакцини із виробничих штамів.Вплив вакцинотерапії базується як на специфічній дії антиге-

ну збудника, так і на неспецифічній активації імунної системикомпонентами вакцини. Важливо враховувати, що реакція імун-ної системи на антигени збудника у складі вакцини відрізняєть-ся від імунної відповіді на наявність збудника в організмі, що йспричинює стимуляцію захисних механізмів організму. Залежитьце як від того, що при вакцинотерапії вводиться значна дозаантигену в інше місце організму, так і від зміни антигенних вла-стивостей компонентів мікробів при інактивуванні його під часвиготовлення вакцини.

Табл. 11.2. Графік імунізації дітей у Великобританії(модель для країн з адекватною системою охорони здоров’я)

Примітки

Початок в 2 міс; друга доза в 3 міс ітретя — в 4 міс внутрішньом’язовимабо глибоким підшкірним введенням

Дається водночас з вакциною АКДП

Робиться одна ін’єкція асоційованоїживої вакцини в 12–18 міс

Реімунізація

Тільки для дівчатДля туберкулін-негативних дітей

РеімунізаціяРеімунізація

Вакцина

АКДП:КашлюкДифтеріяПравецьОральнаполіомієлітна

КірПаротитКраснуха

ДП:ДифтеріяПравець

Краснуха *БЦЖ *

ПравецьОральнаполіомієлітна

Вік

Протягом 1-гороку життя

Протягом 2-гороку

У 4–5 років

У 10–14 років

У 15–18 років

* з інтервалом не менше 3 тиж між ними

221

5. СИРОВАТКОВІ ПРЕПАРАТИ

Сироваткові препарати — це імунні сироватки та імуноглобу-ліни, отримані з них.Імунні сироватки — це сироватки, які містять велику кількість

антитіл до певного антигену. Отримують їх шляхом гіперімуні-зації (багаторазова імунізація за оптимальною схемою) тваринвідповідними антигенами.Для отримання антитоксичних сироваток тварин імунізують

анатоксином, антимікробних — вакцинами. Антимікробні сиро-ватки при введенні дозують тільки за об’ємом, для оцінки актив-ності антитоксичних — використовують одиниці активності. За1 МО антитоксичної сироватки вважають дозу, яка нейтралізуєпевну кількість Dlm токсину. Існують міжнародні еталони анти-токсинів, за якими титрують виробничі серії сироваток. Для ліку-вання вводять тисячі МО сироваток, наприклад, при дифтерії —10–100 тис. МО.

Імуноглобуліни — це гаммаглобулінова фракція сироваток,очищена від білків, які не мають антитільної активності. Імуно-глобуліни (стара назва — гаммаглобуліни) мають вищу ефек-тивність і меншу побічну дію, в тому числі й сенсибілізуючу, бовміщують концентрат антитіл. Існують імуноглобуліни направ-леної дії (протигрипозний, протистафілококовий, антирабічнийта ін.), які отримують з імунних сироваток, і «імуноглобулінлюдський нормальний», отриманий із донорської або плацентар-ної крові. Останній містить всі антитіла, наявні в крові доросло-го населення.Усі сироваткові препарати можуть бути гомологічними (з крові

людини) та гетерологічними (з крові тварин). Гомологічні сиро-ватки та імуноглобуліни мають меншу сенсибілізуючу дію, дов-ше зберігаються в організмі після введення (до 1 міс).Але інколи навіть людські імуноглобуліни можуть мати по-

бічну дію. Застосування імуноглобулінів обмежене у дітей, схиль-них до алергічних реакцій або уражених алергічними захворю-ваннями, а також у дітей з вираженими реакціями на попереднєвведення імуноглобулінів. Треба бути обережними, багаторазо-во застосовуючи людські імуноглобуліни у дівчаток, оскількиможе стимулюватися ізоімунізація, яка негативно впливає на діто-родну функцію. При багаторазовому введенні імуноглобулінів ізкрові людини їхня лікувально-профілактична дія знижується зарахунок імунної відповіді на алоантигени препаратів.

222

6. СЕРОТЕРАПІЯТА СЕРОПРОФІЛАКТИКА

Серотерапія. Сироваткові препарати створюють штучний па-сивний імунітет, який застосовують для лікування та профілак-тики деяких захворювань. Лікувальне застосування мають гете-рологічні сироватки: протидифтерійна, протиправцева, протибо-тулінічна, протигангренозна, протизміїна, гомологічна проти-стафілококова плазма і деякі інші. Імуноглобуліни застосовуютьпереважно гомологічні — протистафілококовий, протигрипоз-ний, антирабічний та ін.Серопрофілактика — запобігання захворюванням шляхом ут-

ворення штучного пасивного імунітету.Найчастіше серопрофілактику проводять імуноглобуліном

людським нормальним — для серопрофілактики гепатиту А, корута інших захворювань. Використовують імуноглобуліни проти-грипозний, антирабічний та ін.Протиправцева антитоксична сироватка із крові коней рані-

ше широко застосовувалася для екстреної профілактики правцяпри травмах, у тих випадках, коли людина не вакцинована. Се-ропрофілактика газової анаеробної інфекції досі проводитьсякінськими протигангренозними сироватками.

7. ДІАГНОСТИЧНІ ІМУНОПРЕПАРАТИ

Вакцинні та сироваткові препарати можуть бути не тільки ліку-вальними, а й діагностичними. Із мікроорганізмів, їхніх компо-нентів або синтетичних аналогів мікробних антигенів готуютьдіагностикуми — антигенні препарати для серологічної діагнос-тики. Діагностикуми можуть бути нативними та еритроцитарни-ми. Останні містять антигени, фіксовані на еритроцитах, їх зас-тосовують для постановки РНГА. В ІФА часто використовуютьсинтетичні або генно-інженерні антигени-діагностикуми.Діагностичні сироватки використовують для ідентифікації

мікроорганізмів та виявлення мікробних антигенів в організміпри експрес-діагностиці. Діагностичні сироватки можуть бутигруповими, видоспецифічними та вароспецифічними. Їх отриму-ють шляхом імунізації тварин антигенами з подальшою концен-трацією, очищенням від баластних компонентів та перехресно

223

реагуючих антитіл (виснаження сироваток за Кастеллані шля-хом адсорбції антитіл на мікроорганізмах інших видів та серо-варів). Такі сироватки називають адсорбованими, монорецеп-торними або моноспецифічними.Діагностичні сироватки можуть бути також кон’югованими з

міткою. Готують люмінуючі сироватки для постановки РІФ,мічені радіоактивними ізотопами, а також зв’язані з ферментомдля ІФА. Мічені сироватки можуть бути специфічними щодоантигену (для прямого визначення антигену) або специфічнимищодо видового білка діагностичної сироватки (для непрямих РІФ,РІА та ІФА).Антитільні еритроцитарні діагностикуми — препарати із ерит-

роцитів, на яких фіксовано антитіла. Їх використовують для визна-чення антигенів у реакції зворотної непрямої гемаглютинації(РЗНГА).Найбільш специфічними є діагностичні антигенні препарати

із моноклональних антитіл (МКА).

8. МОНОКЛОНАЛЬНІ АНТИТІЛА

До середини 1970 р. єдиним способом отримання великоїкількості специфічних антитіл була імунізація тварин якомогабільш очищеним антигеном. Але такий антиген все ще містивбагато епітопів. Отже, антитіла у таких сироватках були полі-клональними, з різноманітними антитілами, виробленими на ко-жен епітоп. Високоспецифічні сироватки можна було отриматиіз поліклональних антитіл ретельним вилученням небажаних ан-титіл. Цього досягали шляхом багаторазового змішуванняцільної імунної сироватки з антигенами, які містять небажаніепітопи. Однак цей процес (реакція виснаження за Кастеллані)не міг гарантувати повного вилучення усіх небажаних (перехреснореагуючих) антитіл.Нині клональні антитіла продукуються ізольованим клоном

генетично ідентичних клітин, які походять з єдиної стимульова-ної антитілоутворювальної клітини. Можна їх отримати у ве-ликій кількості, використовуючи спеціальні клітини — гібридо-ми. Цей метод розробили Г. Келер і Ц. Мільштейн (1975) у Кем-бриджі (Англія).В-лімфоцити, які продукують антитіла, подібно до будь-яких

інших клітин, можуть стати злоякісними. Мієломна хвороба —

224

рак, або безперешкодна проліферація антитілоутворювальнихклітин. Оскільки мієлома розпочинається з єдиної клітини, усі їїнащадки являють собою клон ідентичних лімфоцитів. Антитіла,що продукуються цими лімфоцитами, є гомогенними, бо вироб-лені окремим гомогенним клоном клітин. Такі антитіла є моно-клональними. На жаль, моноклональне антитіло, яке продукуєть-ся мієломними клітинами, специфічне щодо невідомого антиге-ну, тому що розвиток мієломи випадковий.Було неможливо індукувати мієлому, специфічну для визна-

ченого антигену, доки Келер та Мільштейн не розв’язали цюпроблему. Вони знайшли спосіб з’єднання мієломної клітини знормальною імунною клітиною селезінки, предетермінованої досинтезу визначеного антитіла. При цьому вони отримали«гібридну» клітину, яка мала властивості обох типів клітин. Дляцього гібридизували мієломну клітину з антитілоутворювальни-ми клітинами селезінки імунізованої миші. В результаті отриму-вали штучно створену клітину (гібридому), яка є по суті анти-тілоутворювальною фабрикою. У таких клітинах вміщеннямієломної клітини забезпечує «безсмертя» (необмежена швидкапроліферація), таким чином відбувається продукування великоїкількості моноклональних антитіл; вміщення імунного лімфоци-та забезпечує інформацію для специфічності антитіла.Техніка створення гібридомних клітин та моноклональних

антитіл наведена на рис. 11.1.За цією методикою миші імунізуються у звичайний спосіб вак-

циною, яка містить специфічний антиген, проти якого треба от-римати специфічні антитіла. Для цього не треба використовува-ти спеціально очищений антиген, який містить тільки потрібнийепітоп. Кожен з епітопів антигену стимулює специфічний клонВ-лімфоцитів. Таким чином, один антиген може стимулювативелику кількість специфічних клонів В-клітин. Селезінку видаля-ють, суспензію її клітин змішують з суспензією мієломних клітинмиші. До суміші додають поліетиленгліколь, який забезпечуєз’єднання лімфоцитів з мієломними клітинами, щоб утвориласягібридома. Кожна гібридомна клітина проліферує і дає масив-ний клон клітин, кожна з яких продукує специфічне антитіло.Потім гібридомні клітини переносять по одній до індивіду-

альних лунок пластикових планшетів й інкубують для розмно-ження та накопичення клонів. Кожен гібридомний клон можевиробляти багатоклональне антитіло; антитіла у кожній лунцітестують для визначення, яка саме гібридома продукує потрібне

225

Рис.11.1. Схема отримання моноклональних антитіл (за M. Pelczar,E. Chan, N. Krieg)

Антиген(імунізація)

Культура мієломних клітин

Антитілоутворювальніклітини селезінки

Мієломні клітини(невмираючі)

Клітини з’єднуютьсяі утворюється гібридома

Гібридомні клітиниростуть населективномусередовищі

Гібридомніклітинивідокремлюютьі клонують

Кожний клонтестується на

продукцію антитіл

Гібридомувводять мишам

або

Відібрані клоникультивуються

Моноклональні антитіла

Очищенііз перитонеальноїрідини

Очищенііз надосадукультури

клітин

226

антитіло (первинний антиген не повинен бути високоочищеним).Як тільки специфічна гібридома ідентифікована, вона може бутиреклонована у культурі клітин або шляхом введення до перито-неальної порожнини тварин. Клітинна культура створює приблиз-но 100 мкг моноклональних антитіл у 1 мл культурної рідини; вкультурі in vivo продукується близько 100 мкг і більше багато-клональних антитіл у 1 мл перитонеальної рідини.Важливе значення моноклональних антитіл полягає в тому,

що вони гомогенні, високоспецифічні і можуть бути отримані увеликих кількостях. Вони зв’язуються з одним і тільки одним ан-тигеном, тому є моноспецифічними.Моноклональні антитіла стали важливим інструментом біо-

медичних дослідів. Так, у 1981 р. вони дозволили дослідникамвизначити клітини імунної системи, які вражалися вірусом СНІДу.Моноклональні антитіла все більше застосовують у діагнос-

тичній і терапевтичній медицині. Пропонується використаннямоноклональних антитіл для лікування раку людини, для зни-щення клітин пухлини. Їх можна позначити радіоактивними ізо-топами, щоб визначати локалізацію пухлини і доставляти смер-тельні дози радіації до недосяжних пухлин, тоді як нормальніклітини залишаться неушкодженими.Аналогічно можна доставляти протиракові засоби до пухлин-

них клітин.Виробляються діагностичні набори з використанням специ-

фічних моноклональних антитіл для діагностування алергічниххвороб. Можливим стало диференціювання численних видів іваріантів мікроорганізмів.Келер та Мільштейн ніколи не патентували свій винахід! А

вартість комерційно вироблених моноклональних антитіл скла-дає сьогодні величезну суму.Нині моноклональні антитіла все частіше використовують у

діагностичній практиці в імуноферментному та імунофлюорес-центному аналізі. Їхнє застосування суттєво підвищує точністьдіагностики інфекційних і неінфекційних захворювань.

227

ЛЕКЦІЯ XII

ПРЕДМЕТ І ЗАВДАННЯ МЕДИЧНОЇВІРУСОЛОГІЇ. ЗАГАЛЬНАХАРАКТЕРИСТИКА ВІРУСІВ

1. Вступ2. Історичний нарис розвитку вірусології3. Склад і ультраструктура вірусів4. Репродукція вірусів5. Кардинальні особливості вірусів6. Принципи культивування вірусів7. Принципи класифікації вірусів

8. Природа і походження вірусів

1. ВСТУП

Вірусологія — наука про віруси. Це самостійна наука сучас-ного природознавства, що посідає авангардне положення в біо-логії й медицині, нині роль і значення вірусології неухильно зро-стають. Це обумовлено рядом обставин:

1. Вірусним хворобам належить головне місце в інфекційнійпатології людини. Застосування антибіотиків дозволяє вирішу-вати питання терапії більшості бактеріальних захворювань, тим-часом як для лікування вірусних хвороб до сьогодні немає дос-татньо ефективних і нешкідливих препаратів. У міру зниженнязахворюваності на бактеріальні інфекції питома вага вірусниххвороб неухильно зростає. Гостро постає проблема масовихвірусних інфекцій — респіраторних і кишкових. Так, грип частонабуває характеру масових епідемій і навіть пандемій, коли хворієзначна частина населення земної кулі.

2. Здобула визнання і все більше підтверджується вірусно-ге-нетична теорія походження пухлин і лейкозів. Отже, на шляхурозвитку вірусології лежить розв’язання найважливішої пробле-ми патології людини — канцерогенезу.

228

3. Сьогодні з’являються нові або стають гостроактуальнимираніше відомі вірусні захворювання, що постійно ставить передвірусологією нові завдання. Прикладом може бути BІЛ-інфекція.

4. Віруси стали класичною моделлю молекулярно-біологіч-них і молекулярно-генетичних досліджень. З використаннямвірусів вирішують питання фундаментальних досліджень у біо-логії, віруси широко використовують у біотехнології.

5. Вірусологія — це фундаментальна наука сучасного приро-дознавства не лише тому, що вона збагачує інші науки новимиметодами і уявленнями, а й тому, що предметом вивчення віру-сології є якісно особлива форма організації живої матерії — віру-си, які кардинально відрізняються від усіх інших живих істот наЗемлі.

2. ІСТОРИЧНИЙ НАРИСРОЗВИТКУ ВІРУСОЛОГІЇ

Заслуга відкриття вірусів і описання їх основних ознак нале-жить російському вченому — Д. Й. Івановському (1864–1920).Свої дослідження він розпочав ще студентом Петербурзькогоуніверситету. Вивчаючи мозаїчну хворобу тютюну, вчений з’я-сував, що це інфекційна хвороба рослин, але збудник її не нале-жить до жодної з відомих тоді груп мікроорганізмів. Пізніше Іва-новський ставить класичний експеримент: він фільтрує сік листяураженої рослини через бактеріальний фільтр і доводить, щоінфекційна активність соку не зникає.Івановський вперше описав основні властивості відкритого

ним збудника мозаїчної хвороби тютюну — малі розміри(фільтропроникність), абсолютний паразитизм, здатність роз-множуватися і накопичуватися при пасуванні через організм ха-зяїна. Голландський дослідник М. Беєринк (1898) повторив дос-ліди Івановського, але вважав, що ним відкрито своєрідний жи-вий розчинений збудник — contagіum vіvum fluіdum. Івановсь-кий у полеміці з Беєринком за допомогою простих, але перекон-ливих експериментів з вивчення проникності вірусу у товщусвіжого та підсохлого агару, довів, що відкритий ним інфекцій-ний агент має корпускулярну природу. Таким чином, Івановсь-кий вирізнив головні характерні ознаки вірусів, які довгий час

229

служили орієнтиром для доведення вірусної природи збудника.У подальшому були відкриті основні групи вірусів. Ф. Леф-

лер і П. Фрош (1898) довели фільтропроникність збудника ящу-ру (вірус ящуру вражає тварин і людей), П. Раус (1911) довівфільтропроникність збудника пухлинного захворювання — ку-рячої саркоми, Ф. Творт (1915) і Ф. д’Ерелль (1917) відкрили фаги— віруси бактерій.Так було відкрито основні групи вірусів. Сьогодні відомо по-

над 500 видів вірусів.Подальший прогрес у розвитку вірусології пов’язаний з роз-

робкою методів культивування вірусів. Спочатку вивчення вірусіввідбувалося лише при зараженні чутливих організмів. Значнимкроком вперед стала розробка методу культивування вірусів у ку-рячих ембріонах (А. Вудруф і Е. Гудпасчуром, 1931). Революція увірусології — це розробка методу культивування вірусів в одно-шарових культурах клітин (Дж. Ендерс, Т. Уеллер, Ф. Роббінс,1948). В 1952 р. це відкриття було удостоєне Нобелівської премії.Перші вірусологічні лабораторії було створено у 30-х роках

ХХ ст. Нині в Україні функціонує Одеський науково-досліднийінститут епідеміології та вірусології ім. І. І. Мечникова, вірусо-логічні лабораторії у HДІ епідеміології, мікробіології, інфекцій-них хвороб. Працюють вірусологічні лабораторії практичної охо-рони здоров’я, які переважно займаються діагностикою вірус-них захворювань.

3. СКЛАД І УЛЬТРАСТРУКТУРАВІРУСІВ

Термін вірус запровадив у наукову термінологію ще Л. Пас-тер. У 1885 р. він одержав вакцину для профілактики сказу, хочаі не виявив збудника цієї хвороби — до відкриття вірусів зали-шалося ще 7 років. Він назвав гіпотетичного збудника вірусомсказу, що в перекладі значить «отрута сказу».Термін «вірус» застосовується для позначення будь-якої стадії

розвитку вірусу і позаклітинно розміщених інфекційних частокта вірусу, який репродукується внутрішньоклітинно. Для позна-чення окремої вірусної частки, за пропозицією А. Львова, засто-совують термін віріон.

230

За хімічним складом віруси в принципі схожі з мікроорганіз-мами, вони мають нуклеїнові кислоти, білки, деякі з них — та-кож ліпіди і вуглеводи (табл. 12.1).Віруси містять лише один тип нуклеїнової кислоти — ДНК

або РНК. Відповідно виділяють ДНК-геномні (ДНК-вмісні) іРНК-геномні (РНК-вмісні) віруси. РНК-геном міститься у близько80 % вірусів людини і тварин. У віріоні може міститися від 1 до40 % нуклеїнової кислоти. До складу віріона звичайно входитьлише одна молекула нуклеїнової кислоти, нерідко замкнена вкільце. Вірусні нуклеїнові кислоти за хімічним складом маловідрізняються від нуклеїнових кислот еукаріот, вони побудованіз тих самих нуклеотидів і мають принципово аналогічну струк-туру.Але існують і суттєві відмінності. Однією з них є так звана

інфекціозність (інфекційність) молекул нуклеїнових кислот вірусів(як РНК, так і ДНК). Це означає, що якщо виділити з вірусу(наприклад, вірусу поліомієліту) РНК без домішок білка і ввестиїї в клітину, то буде розвиватися типова вірусна інфекція з утво-ренням нових вірусних часток.

Таблиця 12.1. Хімічний склад деяких вірусів, %

Віруси Білок

Нуклеїнова кислота Вугле- Ліпі-

РНК ДНК води ди

Тютюнової 94,4 5,6 0 0 0мозаїкиГрипу А 60–70 0,8–1 0 12,5 23,4

Ящуру – 40 0 0 0

Поліомієліту 74 26 0 0 0Саркоми Роуса – 10 0 4,5–15,7 39–57

Герпесу 70 0 6,5 22 0,6

Аденовіруси – 0 30 0 0

Вісповакцини 89 0 5,6 2,8 5,6Папіломи 90 0 6,8 6,5 1,5

Фаги кишкової 52,4 0 44–50 11,7 +палички

Примітка. - означає відсутність даних; 0 — відсутність компонен-ту; + — компонент є, але кількість його точно не встановлена.

231

ДНК вірусів звичайно двониткова, але, на відміну від усіхмікроорганізмів, віруси можуть містити однониткові ДНК (на-приклад, парвовіруси). У цих вірусів віріони можуть містити плюс-нитку ДНК або комплементарну їй мінус-нитку. Інфекційний про-цес при зараженні цими вірусами виникає лише при проникненнів клітину часток обох типів.Структура вірусних РНК різноманітна. У вірусів знайдено

однониткові та двониткові, лінійні, кільцеві та фрагментованіРНК.Віруси, які містять однониткові РНК, поділяють на дві групи.

У вірусів першої групи геному властива функція інформаційноїРНК, тобто він може безпосередньо транслювати закодовану вньому інформацію на рибосомах. Такі РНК умовно позначаютьзнаком «плюс», вони можуть мати інфекційні властивості у без-білковому стані. До плюс-ниткових вірусів належать, наприклад,пікорнавіруси, тогавіруси, ретровіруси.Друга група РНК-геномних вірусів містить однониткову РНК,

яка не виконує функції інформаційної РНК. У такому разі в інфіко-ваній клітині має синтезуватися комплементарна копія цієї РНКза допомогою особливого ферменту РНК-залежної РНК-поліме-рази (транскриптази). У складі «мінус-ниткових» вірусів (вірусиз негативним геномом) обов’язковою є наявність власної РНК-транскриптази, оскільки подібного ферменту в клітинах немає,тому нуклеїнова кислота таких вірусів не може мати інфекцій-них властивостей без наявності внутрішніх білків. До таких ві-русів належать ортоміксовіруси, параміксовіруси, рабдовіруси,буньявіруси. Ареновіруси містять обидва типи молекул РНК —плюс- та мінус-ниткові.Однониткові РНК звичайно є лінійними молекулами, але РНК-

фрагменти буньявірусів можуть мати кільцеву форму.Геноми більшості вірусів гаплоїдні, але геном ретровірусів —

диплоїдний, тобто складається з двох ідентичних молекул РНК.Кількість генів у РНК-геномних вірусів — 5–15 (наприклад, увірусу поліомієліту їх 5), великі ДНК-геномні віруси можуть матидесятки генів. Геноми деяких вірусів фрагментовані (вірус гри-пу).У геномах, які містять двониткову ДНК, генетична інформа-

ція звичайно закодована на обох нитках. Це свідчить про макси-мальну економію генетичного матеріалу вірусів, цих генетичнихпаразитів. Велике значення має здатність ДНК вірусів утворю-вати кільцеві форми. Така форма забезпечує стійкість ДНК до

232

дії клітинних нуклеаз. Кільцева форма є обов’язковою для про-цесу інтеграції ДНК з клітинним геномом.Кількість білків у складі вірусів — 50–90 %, вони мають анти-

генні властивості. Білки входять до складу оболонкових струк-тур віріона. Існують внутрішні білки, зв’язані з нуклеїновою кис-лотою. Деякі вірусні білки є ферментами, але це не ферменти,які забезпечують обмін речовин вірусів. Вірусні ферменти бе-руть участь у проникненні вірусу в клітину, виході вірусу з клітини,деякі з них потрібні для реплікації вірусних нуклеїнових кислот.Кінцеві С- і N-групи амінокислот вірусних поліпептидних лан-

цюгів замасковані, завдяки чому вони не піддаються дії протеазклітин хазяїна. Це є важливим еволюційно набутим захиснимпристосуванням вірусів, яке дозволяє їм бути облігатними внут-рішньоклітинними паразитами.Ліпідів у складі віріонів може бути від 0 до 50 %, вуглеводів —

0–22 %. Ліпіди і вуглеводи входять до складу вторинної оболон-ки складних вірусів і не є вірусоспецифічними. Вони запозичу-ються вірусом у клітини і тому є клітинними.Кардинальною відмінністю хімічного складу вірусів є на-

явність лише одного типу нуклеїнової кислоти — ДНК або РНК.Ультраструктура вірусів — це будова віріонів. Розміри віріонів

різноманітні і вимірюються в нанометрах (1 нм дорівнює тисячнійчастці мікрометра). Найдрібніші типові віруси (вірус поліомієлі-ту) мають у діаметрі близько 20 нм, найбільші (вірус натуральноївіспи) — 200–250 нм. Розміри середніх вірусів — 60–120 нм. Дрібнівіруси можна побачити лише в електронному мікроскопі, великіперебувають на межі роздільної здатності світлового мікроскопаі видимі в темному полі зору або при спеціальному забарвленні,яке збільшує розміри часток. Окремі вірусні частки, які можнарозрізнити у світловому мікроскопі, звичайно називаються еле-ментарними тільцями Пашена — Морозова. Е. Пашен відкриввірус натуральної віспи при спеціальному забарвленні, а М. А.Морозов запропонував метод сріблення, який дозволив побачитиу світловому мікроскопі навіть віруси середніх розмірів.Форма віріонів може бути різною — сферичною, кубічною,

паличкоподібною, сперматозоїдоподібною.Структура віріонів розрізняється у простих і складних вірусів

(рис. 12.1). Кожний віріон складається з нуклеїнової кислоти, якау вірусів складає нуклеон, який часто, особливо у складнихвірусів, називають також нуклеоїд (порівняйте: нуклеус — у еука-ріот, нуклеоїд — у прокаріот). Нуклеїнова кислота обов’язково

233

зв’язана з первинною білковоюоболонкою — капсидом (лат.capsa — вмістилище), якийскладається із білкових капсо-мерів. Капсомери — це видимів електронний мікроскоп утво-рення з однієї або кількох білко-вих молекул. У результатіоб’єднання нуклеїнової кислотиз капсомерами утворюєтьсянуклеопротеїд (нуклеокапсид).Прості віруси складаються лише з нуклеокапсиду (віруси по-

ліомієліту, вірус мозаїчної хвороби тютюну). Складні віруси ма-ють ще вторинну оболонку — суперкапсид, який містить, окрімбілків, ліпіди і вуглеводи.Об’єднання структурних елементів у віріоні може бути різним.

Виділяють три типи симетрії вірусів — спіральний, кубічний,змішаний. Вірусні частинки симетричні відносно осі.При спіральному типі симетрії окремі капсомери, які можна

розрізнити в електронному мікроскопі, розміщуються за ходомспіралі нуклеїнової кислоти так, що її нитка проходить між дво-ма капсомерами, які охоплюють її з усіх боків. У результаті ут-ворюється паличкоподібна структура (наприклад, у вірусу тю-тюнової мозаїки) (рис. 12.2). Але не обов’язково віруси зі спіраль-ним типом симетрії повинні бути паличкоподібними. Наприк-лад, вірус грипу, хоча і має спіральний тип симетрії, але йогонуклеокапсид скручується певним чином і вкривається супер-капсидом. У результаті віріони грипу мають, як правило, сфе-ричну форму.При кубічному типі симетрії нуклеїнова кислота скручується

певним чином у центрі віріона, а капсомери вкривають нуклеї-нову кислоту ззовні, утворюючи об’ємну геометричну фігуру. Най-частіше утворюється фігура багатогранника ікосаедра (рис.12.2). Таку форму мають, наприклад, віруси поліомієліту. Впрофіль віріон має форму шестикутника. Більш складну формумає аденовірус, також кубічного типу симетрії. Від вершин ба-гатогранника відходять довгі нитки — фібри, які закінчуютьсяпотовщенням.При змішаному типі симетрії (наприклад, у бактеріофагів)

голівка з кубічним типом симетрії має форму ікосаедра, а відро-сток містить спірально закручену скоротливу фібрилу.

Рис. 12.1. Схема віріона

НУКЛЕОКАПСИД+

СУПЕРКАПСИД

простийвірус

складнийвірус

ВІРІОН

нуклеоннуклеїновакислота

капсидкапсомери

234

Деякі віруси мають більш складну будову. Наприклад, віруснатуральної віспи містить значних розмірів нуклеокапсид зіспіральним типом симетрії, а суперкапсид упорядкований склад-но, в ньому міститься система трубчастих структур.На рисунку 12.3 наведено приклади розмірів та форми основ-

них груп вірусів.Таким чином, віруси мають досить складну будову. Але ми

повинні відмітити, що віруси не мають клітинної організації. Віруси— неклітинні істоти, і це є однією з кардинальних відмінностейвід решти організмів.Декілька слів про резистентність вірусів. Більшість вірусів інак-

тивується при 56–60 °С протягом 5–30 хв. Віруси добре перено-

Капсид

Нуклеїнова кислота

Нуклеокапсид(нуклеопротеїд)

Суперкапсид

а б

в г

д

Рис. 12.2. Схема структури вірусів зіспіральним (а, б, в) та кубічним (г, д) типомсиметрії

235

сять охолодження, при кімнатній температурі більшість із нихшвидко інактивується. Віруси стійкіші, ніж бактерії, до ультра-фіолетового опромінення та іонізуючої радіації. Віруси стійкі до

Рис. 12.3. Форма та відносні розміри основних груп вірусів

236

гліцерину, на них зовсім не діють антибіотики. Із дезінфікуючихречовин найефективнішим є 5%-й лізол, більшість вірусів гине вньому протягом 1–5 хв.

4. РЕПРОДУКЦІЯ ВІРУСІВ

Звичайно не вживають термін розмноження вірусів, а говорятьрепродукція (реплікація), відтворення вірусів, оскільки спосіб роз-множення вірусів кардинально відрізняється від способу роз-множення всіх інших організмів.Механізм репродукції вірусів наведено в табл. 12.2.Перший, підготовчий період починається етапом адсорбції віру-

су на клітині. Процес адсорбції здійснюється за рахунок компле-ментарної взаємодії білків вірусу, що прикріплюються до клітин-них рецепторів. Природа клітинних рецепторів може бути глікоп-ротеїдною, гліколіпідною, протеїновою або ліпідною. Для кож-ного вірусу необхідні певні клітинні рецептори.Вірусні прикріпні білки, які розміщуються на поверхні кап-

сиду або суперкапсиду, виконують функцію вірусних рецеп-торів.Взаємодія вірусу і клітини розпочинається з неспецифічної

адсорбції віріона на клітинній мембрані, а потім відбувається

Таблиця 12.2. Етапи репродукції вірусів

Середній(латентний)

період

1. Транскрипція вірусно-го геному (синтез інфор-маційної РНК

2. Трансляція (синтезвірусоспецифічних фер-ментів і вірусних струк-турних білків)

3. Реплікація вірусногогеному (синтез віруснихнуклеїнових кислот)

Кінцевий(заключний)

період

1. Складаннявіріонів

2. Вихід вірусу ізклітини

Початковий(підготовчий)

період

1. Адсорбція віру-су на клітині

2. Проникненнявірусу в клітину

3. Депротеїнізаціявірусної нуклеїно-вої кислоти

237

Клітинна мембрана

Вакуоля

ЛізосомаВизволення

нуклеокапсиду

Вірусна оболонка, інтегрованау мембрану клітини-хазяїнаВірусна оболонка

зливається з клітинноюмембраною

Віріон

Нуклеокапсид

Вірусна оболонка

Клітинна мембрана

Рис. 12.4. Схема проникнення вірусів у клітину:а — шляхом віропексису; б — шляхом злиття оболонок

а

б

238

специфічна взаємодія вірусних і клітинних рецепторів за прин-ципом комплементарності. Тому процес адсорбції вірусу наклітині є специфічним. Якщо в організмі немає клітин з рецепто-рами до певного вірусу, але інфекція цим видом вірусу в такомуорганізмі неможлива, має місце видова резистентність. З іншогобоку, якби вдалося блокувати цей перший етап взаємодії вірусуз клітиною, то можна було б запобігати розвитку вірусної інфекціїна самому ранньому етапі.Другий етап — проникнення вірусу в клітину — може відбува-

тися двома основними шляхами. Перший (віропексис) дуже на-гадує фагоцитоз і є варіантом рецепторного ендоцитозу (рис.12.4). Вірусна частка адсорбується на клітинній мембрані, вна-слідок взаємодії рецепторів змінюється стан мембрани, вона інва-гінується, ніби обтікає вірусну частку. Утворюється вакуоля,відмежована клітинною мембраною, в центрі якої розміщуєтьсявірусна частка.При проникненні вірусу шляхом злиття мембран відбувається

взаємне проникнення елементів оболонки вірусу і клітинної мем-брани. В результаті «серцевина» віріона опиняється у цитоплазмізараженої клітини. Цей процес відбувається досить швидко, томуйого важко зареєструвати на електронограмах.Депротеїнізація — звільнення вірусного геному від суперкап-

сиду і капсиду («роздягання» віріонів).Звільнення від оболонок розпочинається нерідко одразу ж

після прикріплення віріона до клітинних рецепторів і триває вжевсередині цитоплазми клітини. У цьому беруть участь лізосо-мальні ферменти. У будь-якому випадку для здійснення подаль-шої репродукції необхідна депротеїнізація вірусної нуклеїновоїкислоти, оскільки без цього вірусний геном не може індукувативідтворення нових віріонів у зараженій клітині.Середній період репродукції називають латентним (прихованим),

оскільки після депротеїнізації вірус ніби «зникає» із клітини, йогонеможливо виявити на електронограмах. У цьому періоді наявністьвірусу виявляється лише за зміною метаболізму клітини-хазяїна.Клітина перебудовується під впливом вірусного геному на біосин-тез компонентів віріона — його нуклеїнової кислоти і білків.Перший етап середнього періоду, транскрипція вірусних нук-

леїнових кислот, переписування генетичної інформації шляхомсинтезу інформаційної РНК — необхідний процес для започат-кування синтезу вірусних компонентів, відбувається по-різномузалежно від типу нуклеїнової кислоти.

239

Транскрибування вірусної двониткової ДНК відбувається таксамо, як і клітинної, — за допомогою ДНК-залежної РНК-полі-мерази. Якщо цей процес здійснюється в ядрі клітини (аденові-руси), то використовується клітинна полімераза, а якщо у ци-топлазмі (вірус віспи), — то за допомогою РНК-полімерази, якапроникає в клітину вірусу.Віруси, що містять РНК, можуть мати плюс-ниткову РНК, у

цьому випадку вона самостійно виконує функцію інформаційноїРНК. При репродукції таких вірусів (пікорнавіруси, тогавіруси)немає необхідності виділяти транскрипцію як самостійний етап.Якщо ж РНК є мінус-нитковою (віруси грипу, кору, сказу),

то спочатку повинна синтезуватися інформаційна РНК на мат-риці вірусної РНК за допомогою спеціального ферменту —РНК-залежної РНК-полімерази, яка входить до складу віріоніві проникає в клітину разом з вірусною РНК. Такий самий фер-мент входить і до складу вірусів, які містять двониткову РНК(реовіруси).Регуляція процесу транскрипції здійснюється шляхом по-

слідовного перезапису інформації з «ранніх» і «пізніх» генів. У«ранніх» генах записана інформація про синтез ферментів, не-обхідних для транскрипції генів і подальшої їх реплікації, у«пізніх» — інформація для синтезу оболонкових білків вірусу.Трансляція — синтез вірусних білків. Цей процес повністю

аналогічний відомій схемі біосинтезу білка. У ньому бере участьвірусоспецифічна інформаційна РНК, клітинні транспортні РНК,рибосоми, мітохондрії, амінокислоти. Спочатку синтезуютьсябілки — ферменти, необхідні для процесу транскрипції, а такождля часткового або повного пригнічення метаболізму зараженоїклітини. Деякі вірусоспецифічні білки є структурними і включа-ються у віріон (наприклад, РНК-полімераза), інші — неструк-турними (виявляються лише в інфікованій клітині і необхідні дляодного з процесів репродукції віріонів).Пізніше розпочинається синтез вірусних структурних білків

— компонентів капсиду і суперкапсиду.Після синтезу вірусних білків на рибосомах може відбувати-

ся їх післятрансляційна модифікація, внаслідок якої вірусні білки«дозрівають» і стають функціонально активними. Клітинні фер-менти можуть здійснювати фосфорилювання, сульфування, ме-тилування, ацетилювання та інші біохімічні перетворення вірус-них білків. Суттєве значення має процес протеолітичного нарізан-ня вірусних білків із крупномолекулярних білків-попередників.

240

Реплікація вірусного геному — синтез молекул вірусних нук-леїнових кислот, відтворення вірусної генетичної інформації.Реплікація вірусної двониткової ДНК відбувається за допо-

могою клітинної ДНК-полімерази за напівконсервативним ти-пом аналогічно до реплікації клітинної ДНК. Однониткова ДНКреплікується через проміжну реплікативну двониткову форму.У клітин немає ферментів, здатних здійснювати реплікацію

РНК. Тому такий процес завжди здійснюється вірусоспецифіч-ними ферментами, інформація про синтез яких закодована у вірус-ному геномі. При реплікації однониткових геномів РНК спочат-ку синтезується нитка РНК, комплементарна вірусній, а потімця щойно утворена нитка РНК стає матрицею для синтезу копійгеному. При цьому, на відміну від процесу транскрипції, колисинтезуються лише відносно короткі ланцюги РНК, при реплі-кації одразу утворюється повна нитка РНК. Двониткові РНК реп-лікуються аналогічно двонитковій ДНК, але за допомогою від-повідного ферменту — РНК-полімерази вірусного походження.В результаті процесу реплікації вірусного геному в клітині

накопичуються фонди молекул вірусних нуклеїнових кислот, не-обхідних для формування зрілих віріонів.Таким чином, синтез окремих компонентів віріона відбуваєть-

ся в різних клітинних структурах і в різні терміни — тобто розне-сений у часі і просторі.У кінцевому, заключному періоді репродукції відбувається

складання віріонів і вихід вірусу з клітини.Складання віріонів може відбуватися по-різному, але в його

основі лежить процес самозбирання вірусних компонентів, якітранспортуються від місця їхнього синтезу в місце складання.Первинна структура вірусних нуклеїнових кислот і білків визна-чає порядок конформування молекул і їх з’єднання між собою.Спочатку утворюється нуклеокапсид за рахунок строго орієнто-ваного з’єднання білкових молекул у капсомери і капсомерів знуклеїновою кислотою. У простих вірусів на цьому складаннязакінчується. Складання складних вірусів, які мають суперкап-сид, багатоступінчасте і закінчується звичайно в процесі виходувіріонів із клітини. При цьому елементи клітинної оболонки вклю-чаються в суперкапсид вірусу.Вихід вірусу із клітини може відбуватися двома шляхами. Де-

які віруси, які не мають суперкапсиду (аденовіруси, пікорнавіру-си), виходять із клітини за «вибуховим» типом. Клітина при цьо-му лізується, а віріони виходять із зруйнованої клітини в

241

міжклітинний простір. Інші віруси, які мають ліпопротеїдну вто-ринну оболонку (віруси грипу), виходять із клітини шляхомвідбрунькування з її оболонки. Клітина при цьому може довгозберігати життєздатність. На рис. 12.5 схематично представле-ний процес відбрунькування вірусу грипу з включенням елементівклітинної мембрани.На рис. 12.6 дається принципова загальна схема репродукції

вірусу грипу.Весь цикл репродукції вірусу займає звичайно кілька годин.

За 4–5 год, що минули від моменту проникнення в клітину однієїмолекули вірусної нуклеїнової кислоти, може утворитися відкількох десятків до кількох сотень нових віріонів, здатних інфіку-вати сусідні клітини. Таким чином, поширення вірусної інфекціїв клітинах відбувається дуже швидко.Отже, спосіб розмноження вірусів докорінно відрізняється від

способу розмноження решти живих істот. Усі клітинні організми

Мембранаклітини

Мембраннібілки

Цитоплазмаклітини-хазяїна

Матрикснийбілок

Глікопротеїновішипи вірусу

Спіральнийрибонуклеопротеїд

Брунька

Віріон, що брунькується Вільна вірусна частинка

Рис. 12.5. Схема виходу вірусу грипу з клітини шляхом брунь-кування

242

розмножуються поділом. При розмноженні вірусів окремі ком-поненти синтезуються в різних місцях інфікованої вірусом кліти-ни і в різний час. Такий спосіб розмноження дістав назву роз’єд-наний (диз’юнктивний).Взаємодія вірусу й клітини не обов’язково може призвести до

описаного результату — ранньої чи відстроченої загибелі інфіко-ваної клітини з продукцією маси нових зрілих вірусних часток.Можливі три варіанти вірусної інфекції в клітині.Перший варіант — продуктивна, або вірулентна інфекція —

було розглянуто раніше.Другий варіант — персистуюча інфекція вірусу в клітині, коли

відбувається дуже повільна продукція нових віріонів з виходом

Цитоплазма

Клітиннамембрана

Полісома

Рибосоми

2

1

3

5 47

6

8

1

ЯдроБілок

Рис. 12.6. Схема репродукції вірусу грипу (за М. І. Соколовим):1 — проникнення вірусу в клітину; 2 — вірус всередині клітинної

вакуолі; 3 — розпад вірусу на складові частини — білок і нуклеїновукислоту; 4 — проникнення РНК в ядро клітини; 5 — формування РНКвірусу в клітині; 6 — біосинтез вірусного білка в рибосомах; 7 —формування віріонів; 8 — вихід вірусу з клітини

243

їх із клітини, але інфікована клітина довго зберігає життє-здатність.Третій варіант — інтегративний тип взаємодії вірусу і кліти-

ни, при якому відбувається інтеграція вірусної нуклеїнової кис-лоти в клітинний геном. При цьому здійснюється фізичне вклю-чення молекули вірусної нуклеїнової кислоти в хромосому кліти-ни-хазяїна. Для ДНК-геномних вірусів цей процес цілком зрозу-мілий, РНК-геномні віруси можуть інтегрувати свій геном лишеу вигляді провірусу — ДНК-копії вірусної РНК, синтезованої задопомогою зворотної транскриптази — РНК-залежної ДНК-полі-мерази. У випадку інтеграції вірусного геному в клітинний вірус-на нуклеїнова кислота реплікується разом із клітинною під часподілу клітин. Вірус у формі провірусу може довго зберігатися уклітині за рахунок постійної реплікації. Такий процес дістав на-зву вірогенія.Вірогенія забезпечує своєрідну форму зберігання вірусної ге-

нетичної інформації. З іншого боку, інтеграція вірусного геномув клітинний може призвести до пухлинної трансформації ураже-ної клітини, тобто інтегративний тип взаємодії вірусу і клітини єпаразитуванням вірусу на генетичному рівні.

5. КАРДИНАЛЬНІОСОБЛИВОСТІ ВІРУСІВ

Після відкриття вірусів Д. Й. Івановським тривалий час їх го-ловними відмітними ознаками вважали малі розміри, фільтру-вальність через бактеріальні фільтри, абсолютний паразитизм,нездатність розмножуватися поза живою клітиною.Проте розміри великих вірусів порівнянні з розмірами хламідій

і дрібних рикетсій, описано форми бактерій, що фільтруються.Сьогодні практично не вживається термін віруси, які фільтру-ються, яким тривало позначали віруси, тому малі розміри не єкардинальною відмінністю вірусів від інших живих істот.Абсолютний паразитизм також притаманний не лише віру-

сам. Абсолютними паразитами є хламідії, більшість рикетсій.Серед еукаріот абсолютними паразитами є малярійний плаз-модій, токсоплазма.Нині кардинальні відмінності вірусів від решти мікроорганізмів

базуються на більш суттєвих біологічних властивостях.

244

Можна сформулювати 5 кардинальних відмінностей вірусіввід решти живих істот на Землі:

1. Відсутність клітинної організації.2. Наявність лише одного типу нуклеїнової кислоти (ДНК або

РНК).3. Відсутність самостійного обміну речовин. Обмін речовин у

вірусів опосередкований через метаболізм клітин і організмів.4. Наявність унікального, диз’юнктивного способу розмножен-

ня.5. Здатність паразитувати на генетичному рівні.Таким чином, можна дати таке визначення вірусів.Віруси — найпростіша неклітинна форма життя, що містить

лише один тип нуклеїнової кислоти, має своєрідний обмін речо-вин, опосередкований через метаболізм клітин і організмів, уні-кальний роздільний спосіб розмноження і здатність паразитуватина генетичному рівні.

6. ПРИНЦИПИ КУЛЬТИВУВАННЯВІРУСІВ

Для репродукції вірусів необхідна їхня взаємодія з живою кліти-ною, отже, культивувати віруси можна лише в клітинах.На першому етапі вивчення вірусів використовували лише

один спосіб їх культивування — у сприйнятливому організмі. Цейметод застосовують і сьогодні, тому що деякі віруси (наприк-лад, віруси Коксакі А) можуть репродукуватися лише в організміодно-, дводенних мишенят. Культивування в організмі лабора-торних тварин у деяких випадках є зручним, але цей метод маєсуттєві недоліки. Не завжди можна використовувати відповіднутварину для певного вірусу. При культивуванні іn vіvo складноотримати чисті популяції вірусів, бо тварини часто контаміно-вані багатьма вірусами і бактеріями.Другий метод культивування вірусів — у курячих ембріонах.

Цей метод широко застосовується у вірусології в зв’язку з йогопростотою і доступністю, але не всі віруси можуть репродукува-тися в курячих ембріонах.Широко використовується дуже перспективний метод куль-

тивування вірусів у моношарових культурах клітин. У вірусологіїперш за все застосовують первинні і перещеплювані культуриклітин. Цей метод дозволяє легко спостерігати за розвитком віру-

245

су в клітинному моношарі і має деякі інші переваги. Використо-вуючи культури клітин різних видів, можна визначити, в якихкультурах репродукується досліджуваний вірус, що є однією зознак для ідентифікації виділеного вірусу.При репродукції вірусів можуть відбуватися характерні зміни.

У лабораторних тварин розвиваються симптоми захворювання,з’являються ознаки ураження курячих ембріонів, виявляютьсязміни в моношарі культур клітин. Ці зміни називають цитопа-тичним ефектом (ЦПЕ), або цитопатичною дією вірусів (ЦПД).Наприклад, ЦПД вірусів у культурі клітин може виявлятися за-гибеллю клітин, порушенням цілості моношару, утворенням гігант-ських багатоядерних клітин, клітинних синцитіїв тощо. Харак-тер ЦПД різних вірусів різний, що є ознакою для групової іден-тифікації репродукованого вірусу.У клітинах, уражених вірусом, часто виявляються вірусні

включення, які можуть розміщуватися в ядрі (ядерні) або в ци-топлазмі (цитоплазматичні). Включення складаються з віріонів,які формуються, і клітинних елементів. Деякі вірусні включенняможуть мати діагностичне значення (тільця Бабеша — Негрі уклітинах головного мозку при сказі).Вірусні включення можуть виявлятися при гістохімічному за-

барвленні, а також при люмінесцентній мікроскопії — при за-барвленні акридиновим оранжевим або з використанням реакціїімунофлюоресценції (РІФ).

7. ПРИНЦИПИ КЛАСИФІКАЦІЇ ВІРУСІВ

Віруси складають царство Vira, яке ділиться за типом нуклеї-нової кислоти на два підцарства — рибовіруси та дезоксирибові-руси. Підцарства поділяються на родини, деякі з родин можутьпідрозділятися на підродини. Далі позначають роди, а в родах —типи вірусів.Назви родин мають закінчення «viridae», підродин — «virinae»,

роду — «virus». Наприклад, вірус віспи людини належить до родуOrthopoxvirus, підродини Chordopoxvirinae, родини Poxviridae.Поняття про вид вірусів не сформульовано чітко і потребує

подальшого вивчення.В основу класифікації вірусів покладено такі властивості: тип

нуклеїнової кислоти, вміст її у віріоні (у відсотках), кількість ни-

246

Таблиця 12.3. Класифікація вірусів

REOVIRIDAE

TOGAVIRIDAE

FLAVIVIRIDAE

CORONAVIRIDAERHABDOVIRIDAE

FILOVIRIDAE

PARAMYXO-VIRIDAE

ORTHOMYXO-VIRIDAEBUNYAVIRIDAE

ARENAVIRIDAE

PICORNAVIRI-DAE

CALICIVIRIDAE

Реовіруси типів 1–3Вірус кемеровської гарячкиРотавіруси людиниВіруси карельської гарячки,кінських енцефаломієлітівВірус краснухиВірус чуми тваринВіруси кліщового, японсько-го енцефалітів, гарячки ден-ге, жовтої гарячкиКоронавірус людиниВірус везикулярного стоматитуВірус сказуВіруси гарячки Марбург,ЕболаВіруси парагрипу 1–5 типів,вірус паротитуВірус коруРеспіраторно-синцитіальнийвірусВіруси грипу А, ВВіруси грипу СВірус БуньямвераВірус Кримської геморагічноїгарячкиВірус лімфоцитарного хоріо-менінгіту, вірус Ласса

Вірус раку мол. залоз мишейВірус саркоми РаусаВірус Мезон — ПфайзераПінливий вірус людиниВіруси віспи, ВІЛ-1, ВІЛ-2

Віруси поліомієліту 1–3 типів,інші ентеровіруси, вірус гепа-титу А (ентеровірус 72 типу)Вірус енцефаломіокардитуРиновіруси людиниВірус ящуруКаліцивіруси людини

РНК -ГЕНОМНІ ВІРУСИ

ПідродинаРОДИНА Рід Представники

типів

RETROVIRIDAEOncovirinae

SpumavirinaeLentivirinae

ReovirusOrbivirusRotavirusAlphavirus

RubivirusPestivirus

CoronavirusVesiculovirusLyssavirus

Paramyxovirus

MorbillivirusPneumovirus

Influenzavirus А, ВInfluenzavirus СBunyavirus й ін.Nairobivirus

Arenavirus

Онковіруси В,Онковіруси С,Онковіруси D

Enterovirus

CardiovirusRhinovirusAphtovirusCalicivirus

247

ток у ній, відносна молекулярна маса, наявність ліпопротеїдноїоболонки, тип симетрії, коло сприйнятливих хазяїв, географічнапоширеність, спосіб передачі, антигенні властивості тощо.У табл. 12.3 надається класифікація вірусів, які мають відно-

шення до патології людини.

8. ПРИРОДА І ПОХОДЖЕННЯ ВІРУСІВ

Вже давно дискутується питання, що таке віруси — живе чине живе. Віруси дуже просто побудовані, не мають клітинноїорганізації, можуть кристалізуватися. Ще Д. Й. Івановський ви-явив у клітинах тютюну кристалоподібні утворення («кристалиІвановського»). Кристалізація не вкладається в наші уявленняпро живе. Віруси не мають самостійного обміну речовин, на етапісинтезу компонентів віріона існують в «розібраному» вигляді, їхокремі компоненти є молекулами нуклеїнової кислоти і білка.

Закінчення табл. 12.3ДНК-ГЕНОМНІ ВІРУСИ

ПідродинаРОДИНА Рід Представники

типівPOXVIRIDAEChordopoxvirinae

HERPESVIRIDAEAlphaherpesvirinaeBetaherpesvirinaeGammaherpesvirinae

HEPADNAVIRIDAEADENOVIRIDAE

PАPOVAVIRIDAE

PARVOVIRIDAE

Orthopoxvirus

Mastadenovirus

PapillomavirusPolyomavirusDependovirus

Примітка. В колонці «Рід» наведені основні роди, які містятьзбудників актуальних інфекцій; у колонці «Представники типів»наведено для прикладу лише деяких з основних типів вірусів, щоналежать до родини, підродини або роду.

Вірус натуральної віспи,вірус вісповакцини, вірусконтагіозного молюскаВіруси простого герпесу(ВПГ-1, ВПГ-2), вірусвітряної віспи —оперізувального герпесуЦитомегаловірусВірус Епстайна — БаррВірус гепатиту ВАденовіруси людини 49типівВірус папіломи ШоупаВірус SE-поліоми, SV-40Аденоасоційований вірус Iтипу

248

Віруси можуть виявлятися, якщо існують лише у вигляді однієїмолекули нуклеїнової кислоти — інфекційність нуклеїнової кис-лоти вірусу. Все це свідчить про те, що віруси — неживі агенти.З іншого боку, віруси мають властивість зберігати свою інди-

відуальність, відокремленість від навколишнього середовища,забезпечують, хоча й своєрідно, відтворення свого генотипу іфенотипу. Для них характерні явища спадковості і мінливості,вони еволюціонують за законами, загальними для всього живо-го. Це підтверджує живу природу вірусів.Мабуть, питання про природу вірусів має більше загальноте-

оретичне, ніж практичне значення, воно пов’язане з проблемоювизначення живого. З відкриттям вірусів розширилися й погли-билися наші уявлення про сутність життя.Але медики розглядають це питання з прагматичних позицій.

Віруси є збудниками вірусних інфекційних хвороб, а інфекцій-ний процес, на відміну від інтоксикації, — це процес взаємодіїживих істот. Вірусні захворювання виникають і розповсюджу-ються за законами інфектології, потребують застосування та-ких заходів профілактики і лікування, що й інфекції, спричиненііншими мікроорганізмами.З точки зору практичної медицини, віруси — живі збудники

інфекційних вірусних захворювань, які потребують застосуваннялікувально-профілактичних і протиепідемічних заходів.Питання про походження вірусів тісно пов’язане з проблемою

походження життя на Землі. Розглянемо основні гіпотези пропоходження вірусів.Перша гіпотеза дістала назву гіпотеза суперпаразита. Згідно

з нею віруси є результатом спрощення патогенних мікроорга-нізмів на шляху пристосування до паразитичної форми існуван-ня. Дійсно, паразитичні мікроорганізми значною мірою втрача-ють ряд ферментних систем, їхня організація спрощується у зв’яз-ку з можливістю використовувати готові поживні речовини і фер-ментні системи хазяїна. Проте сучасна біологія навряд чи можеприпустити настільки глибоке спрощення, щоб мікроорганізмвтратив клітинну будову, тому гіпотеза суперпаразита нині маємало прихильників.Другою гіпотезою можна вважати гіпотезу протобіонта. Вона

припускає, що віруси є нащадками найпростіших живих істот,які були початком усього живого і сформувалися із неживогоорганічного матеріалу. Далі відбувалася еволюція цих утвореньу бік виникнення клітинних організмів, а віруси є реліктовими

249

нащадками таких протобіонтів. Ця гіпотеза інтенсивно розвива-лася радянськими вірусологами, проте складно пояснити, якимсаме чином могли існувати і репродукуватися такі первинні вірусиза відсутності клітин, адже віруси нездатні розмножуватися безвикористання органел і ферментних систем клітин. Тому сьо-годні гіпотеза про походження вірусів із первинних доклітиннихформ життя більшістю вірусологів не підтримується.Третя гіпотеза — це гіпотеза оскаженілих генів. Вона припус-

кає, що віруси є генетичними елементами клітин, які відокреми-лися і набули здатності до автономного існування. Гіпотеза добрепояснює і різноманітність генетичного матеріалу вірусів, і мож-ливість їхнього існування та еволюції.Слід врахувати, що у бактерій існують аналогічні генетичні

структури, які можуть передаватися від одних бактеріальнихклітин іншим і відтворюватися в них. Це — плазміди. Плазмідиявляють собою невеликі кільцеві молекули ДНК, які мають пев-ну автономність. Вони можуть відтворюватися в бактеріальнихклітинах або інтегрувати в бактеріальну хромосому. Ці властиво-сті плазмід аналогічні властивостям вірусів. До речі, вірус бак-терій (фаг) у формі профага ми вважаємо плазмідою.Можна уявити, що віруси є ділянками нуклеїнових кислот,

оточеними білковими оболонками. Оболонка вірусу забезпечуєйому можливість зберігатися в позаклітинному стані і проника-ти в клітину. Цю гіпотезу підтримує більшість вірусологів нашо-го часу. Можна сподіватись, що з розвитком наших знань проживе буде розв’язано й проблему походження вірусів.Існує ще один аспект вчення про віруси. Віруси розглядають-

ся звичайно як паразити — збудники інфекційних хвороб, якішкодять людям, тваринам, рослинам, однак такий погляд на-вряд чи є правильним. В. М. Жданов висловив гіпотезу, згідно зякою віруси є важливим фактором еволюції органічного світу.Долаючи видові бар’єри, віруси можуть переносити окремі гениабо групи генів від одних організмів до інших. Інтеграція ДНКвірусів (або ДНК-копій вірусних геномів РНК) з хромосомамиклітин може приводити до того, що вірусні гени стають клітин-ними генами, які виконують важливі функції в життєдіяльностіклітин та організмів.

250

ЛЕКЦІЯ XIIIОСОБЛИВОСТІ ІНФЕКЦІЇТА ІМУНІТЕТУ ПРИ ВІРУСНИХЗАХВОРЮВАННЯХ

1. Інфекційні властивості вірусів2. Особливості вірусних інфекцій3. Повільні вірусні інфекції4. Імунітет при вірусних інфекціях5. Імунопрофілактика вірусних захворювань6. Хіміопрофілактика та хіміотерапія віруснихзахворювань

1. ІНФЕКЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ВІРУСІВ

Віруси — облігатні внутрішньоклітинні паразити, здатні па-разитувати на генетичному рівні. Це зумовлює ряд особливос-тей вірусів як інфекційних агентів:а) немає взагалі непатогенних вірусів, можна говорити лише

про вірулентність для певних клітин і мікроорганізмів, найчасті-ше говорять про інфекціозність (інфекційність) вірусів;б) віріони поза клітиною біологічно інертні, інертність збері-

гається, поки вірусний геном не починає функціонувати всере-дині клітини; при високій концентрації вірусу може виявитисьтоксична дія вірусів на клітини без розвитку інфекційного про-цесу, але це винятковий випадок, який найчастіше зустрічаєтьсяв експерименті;в) в основі вірусної інфекції лежить взаємодія вірусного та

клітинного геномів; ця взаємодія може обмежуватись переклю-ченням синтетичних процесів у клітині на біосинтез компонентіввіріонів, а може полягати в інтегративному типі взаємодії, якийспричинює об’єднання геномів вірусу і клітини, репродукціювірусного геному разом із клітинним; такий процес називаютьвірогенія (за аналогією — лізогенія при бактеріофагії, коли відбу-вається інтеграція профага в геном бактерій);

251

г) у зв’язку з можливістю інтегрування цілого геному вірусуабо його частин у клітинний геном передбачається і доводитьсяможливість вірусної інфекції з вертикальною передачею потом-ству разом із генами — «успадкованої» інфекції, що має значен-ня для вірусного канцерогенезу;д) для деяких вірусів доведена можливість «молекулярної»

інфекції — інфекціозності нуклеїнової кислоти вірусу, позбавле-ного білка (це стосується переважно експериментальних дослі-джень), немає надійних даних про можливості такої інфекції заприродних умов.Згадані особливості властиві тільки вірусам, це вирізняє їх як

інфекційні агенти від усіх інших збудників.Віруси мають більш виражений тропізм до певних органів і

тканин, ніж інші інфекційні агенти, що пов’язано зi специфічні-стю процесу комплементарної взаємодії вірусних і клітинних ре-цепторів на стадії адсорбції вірусу на клітині.Підкреслюють лімфотропність переважної більшості вірусів

людини та тварин: віруси грипу, кору, простого (банального) гер-песу, поліомієліту та ін. Пригнічуючи функції Т-лімфоцитів, віру-си вітряної віспи та цитомегалії спричинюють збільшення абсо-лютної кількості Т-супресорів, вірус кліщового енцефаліту ак-тивізує їх. Існують спеціалізовані Т-лімфотропні віруси, у томучислі й ВІЛ (вірус СНІДу). Вірус Епштейна — Барра, збудникінфекційного мононуклеозу, спричинює проліферацію В-лімфо-цитів, що використовується в біотехнології для стимуляції ростугібридiв.Ще однією особливістю є те, що віруси спричинюють у кліти-

нах виникнення вірусних включень, внутрішньоядерних або ци-топлазматичних, які можуть мати діагностичне значення. Внут-рішньоклітинні включення спостерiгаються і при хламідійнихінфекціях, але тривалий час хламідії вважали великими віруса-ми. Наявність внутрішньоклітинних включень є характерноюособливiстю вірусів.

2. ОСОБЛИВОСТІ ВІРУСНИХ ІНФЕКЦІЙ

За основними ознаками вірусні інфекції не відрізняються відінфекцій бактеріальної або іншої етіології. Виділяють ті ж періо-ди інфекційного процесу (інкубаційний, продромальний, основ-них клінічних проявів, закінчення хвороби). Кінець вірусних

252

інфекцій той самий: реконвалесценція, летальний, хронізаціяпроцесу, носії.Вірусні інфекції мають ті ж резервуари і джерела — людина,

тварина (хворі та носії), за винятком об’єктів зовнішнього сере-довища, серед вірусних інфекцій немає сапронозів.При вірусних інфекціях існують ті ж шляхи передачі (повітря-

но-крапельний, фекально-оральний, контактний, трансмісійний,ін’єкційний, трансплацентарний тощо), ті ж вхідні ворота, шля-хи поширення в організмi і виведення з нього.При вірусних інфекціях також розвиваються імунологічні зру-

шення в організмі, залишається імунітет, іноді — довічний.Таким чином, віруси виступають як типові збудники інфекцій-

них захворювань.Найсуттєвіша розбiжність між вірусними та бактеріальними

інфекціями, з точки зору охорони здоров’я, — це недостатністьтерапії, відсутність ефективних і нешкідливих засобів лікування.Антибіотикотерапія при вірусних інфекціях як етіотропна тера-пія не ефективна.Профілактика вірусних і бактеріальних інфекцій аналогічна.

Неспецифічні методи профілактики, спрямовані на розрив епі-деміологічного ланцюга, такі ж самі, специфічні методи профі-лактики базуються на застосуванні вакцин і сироваток.Існують збірні групи вірусів, які спричинюють масові інфекційні

захворювання: респіраторні, гастроентерити, гепатити. Можнавизначити і групи бактеріальних масових інфекцій, але вонименш помітні для медицини, бо з ними краще вміють боротись,ніж з вірусними.Існують суттєві відмінності вірусних інфекцій від бактеріаль-

них.Взаємодія вірусу і хазяїна може розглядатися на різних рівнях:

на рівні клітини, організму, популяції або суспільства.На клітинному рівні вірусна інфекція може спричиняти дуже

широкий діапазон ефектів, від відсутності видимих клітиннихушкоджень до швидкого руйнування клітин. Деякі віруси (полі-вірус, збудник поліомієліту) призводять до загибелі клітин (ци-тоцидний ефект) або навіть лізису (цитоліз). Інші можуть спри-чинювати проліферацію (розмноження) клітин (збудник контагі-озного молюска) або злоякісну трансформацію (онкогенні віру-си). Інколи вірус і клітина-хазяїн мирно співіснують або розмно-жуються незалежно один від одного без будь-якої шкоди дляклітини — стан стаціонарної інфекції.

253

У культурі тканин вірусна інфекція може призводити до легкопомітних змін клітини (цитопатична дія вірусів — ЦПД). Вониможуть не бути аналогічними змінам в інфікованій тварині, оскіль-ки в цьому випадку інфекція перебуває під впливом різних ме-ханізмів захисту організму.Ушкодження клітин може розвиватися з різних причин. Ранні

або неструктуровані вірусні білки часто спричинюють зупинкусинтезу білка і ДНК хазяїна. Велика кількість вірусних макро-молекул, які накопичуються в інфікованій клiтині, можуть пору-шувати клітинну архітектуру і справляти токсичну дію. Можезмінюватися проникність плазматичних мембран із виходом лізо-сомальних ферментів, що призводить до автолізису клітини.Багато вірусів є причиною змін у цитоплазматичній мембрані

інфікованих клітин. Деякі з них (респіраторно-синцитіальнийвірус) спричинюють злиття суміжних клітинних мембран, при-зводячи до формування полікаріоцитозу (багатоядерності) абосинцитіїв. Вірусоіндуковані антигени можуть з’являтися на по-верхні інфікованих клітин, надаючи клітинам нових властивос-тей. Наприклад, вірусний гемаглютинін з’являється на поверхніклітин, інфікованих вірусом грипу, і спричинює адсорбцію ерит-роцитів на поверхні клітин (гемадсорбцію). Вірусоіндуковані аген-ти можуть також з’являтися на поверхні клітин, трансформова-них онкогенними вірусами.Деякі віруси (наприклад, кору, паротиту, цитомегалії, вітря-

ної віспи і аденовіруси) ушкоджують хромосоми клітин хазяїна.У клітинах, інфікованих аденовірусами 12 та 31, часто спостері-гаються пропуски і розриви хроматид.Найхарактернішою гістологічною особливістю інфікованості

вірусом є поява тілець-включень. Тільця-включення — це струк-тури різних розмірів, форми, місцеположення, з різною здатніс-тю до забарвлення, які можна виявити у інфікованих вірусом кліти-нах під оптичним мікроскопом. Вони можуть міститися в цито-плазмі (включення поксвірусів), ядрі (віруси герпесу) або і там, ітам (вірус кору). Вони звичайно ацидофільні і мають вигляд ро-жевих структур при забарвленні за Романовським — Гімзою абоеозин-метиленовим синім. Деякі віруси (аденовірус) формуютьбазофільні включення.Виявлення тілець-включень допомагає у діагностиці деяких

вірусних інфекцій. Наявність внутрішньоклітинних еозинофіль-них включень (тілець Негрі) в мозкових клітинах тварин підтвер-джує можливий діагноз сказу. В клітинах, інфікованих вірусом

254

коров’ячої віспи, виявляють численні, досить дрібні включення(тільця Гварнієрі).Внутрішньоядерні тільця включення класифікуються за дво-

ма типами. Включення типу А мають різний розмір і зернистийвигляд (віруси герпесу, жовтої гарячки), включення типу Б —чіткіше окреслені, часто множинні (аденовірус).Тільця-включення можуть бути кристалічними агрегатами

віріонів або складатися з вірусних антигенів, наявних у місцісинтезу вірусу. Деякі включення являють собою дегенеративнiзміни, спричинені вірусною інфекцією, які надають клітині здат-ності до зміненого забарвлення.Вірусна інфекція на клітинному рівні може бути автономною

(продуктивна або абортивна) та інтегративною (з неопластич-ною трансформацією або без неї).При автономній інфекції вірусний геном реплікується неза-

лежно від клітинного геному, між ними немає фізичного зв’язку,хоча вони і взаємодіють в інфекційному процесі. Продуктивнаінфекція завершується утворенням інфекційного потомствавірусів, абортивна (перервана) — може не завершуватися утво-ренням інфекційних віріонів або вони утворюються у значноменшiй кількостi, ніж при продуктивній інфекції. Абортивнаінфекція виникає при зараженні клітин дефектним вірусом, занесприятливих умов (підвищення температури, зміна рН в осе-редку запалення, наявність вірусних інгібіторів). Дефектні віру-си не мають повного геному і потребують наявності вірусу-по-мічника (аденоасоційований парвовірус, дельта-фактор при ге-патиті В).У популяції вірусу при його репродукції, разом з інфекційни-

ми віріонами, можуть накопичуватись і так звані Ді-частки (де-фектні інтерферуючі частки). Вони можуть давати лише абор-тивну інфекцію, оскільки позбавленi часток геному. Водночаснаявність таких дефектних часток забезпечує одну з форм три-валого перебування вірусу в клітині — персистенцію.В основу класифікації вірусних інфекцій на рівні організму

покладено такі ознаки: ступінь генералізації, тривалістьінфекції, клінічний перебіг, виділення вірусу з організму (табл.13.1).При вогнищевій інфекції діяльність вірусу проявляється без-

посередньо у вхідних воротах у зв’язку з його локальною репро-дукцією. При генералізованій інфекції після обмеженого періодурепродукції вірусу у вхідних воротах відбувається поширення

255

вірусу в організмi — генералізація процесу. Вогнищеві інфекціїмають нетривалий інкубаційний період, захисними факторамиорганізму при цих інфекціях є переважно секреторні антитіла(IgA), а ефективними вакцинами виявляються ті, що застосову-ються місцево і стимулюють утворення секреторних антитіл.Прикладом вогнищевої інфекції можуть бути аденовіруси, пара-грипозні, деякі герпетичні інфекції тощо.Вогнищева та генералізована гостра інфекція, як наявна (ма-

ніфестна), так і прихована (інапарантна), триває відносно недовго.Але вірус при прихованiй гострiй інфекції також активно репро-дукується і виділяється з організму, людина є джерелом інфекції.Прихована інфекція хоч і вiдбувається безсимптомно, але зали-шає пiсля себе імунітет.Персистентна інфекція характеризується великою тривалістю

взаємодії вірусу та організму (лат. persistentia — завзятість,постійність). Персистенція вірусу може мати форму латентної,безсимптомної інфекції з вірогенією за рахунок інтеграції вірус-ного геному в клітинний або без неї, при цьому вірус не виді-ляється з організму та клітин. При взаємодії ряду активуючихфакторів можливий перехід латентної інфекції в гостру або хро-нічну. Наприклад, під час спалаху поліомієліту в Румунії мед-сестра поклала свою дитину в палату до хворих, відгородившикуток. Дитина не захворіла, почувалася добре. Але коли їй при-значили ультрафіолетове опромінення для стимуляції вітаміно-утворення, внаслідок цього розвилися паралічі, латентна інфек-ція перейшла в гостру.При хронічній персистентній інфекції вірус виділяється по-

вільно (герпетична інфекція, хронічні форми вірусних гепатитів).Періоди ремісії чергуються з періодами загострення.

Таблиця 13.1. Класифікація видів вірусних інфекцій

ВОГНИЩЕВА ІНФЕКЦІЯ

Явна Прихована Латентна Хронічна

ГЕНЕРАЛІЗОВАНА ІНФЕКЦІЯ

Гостра Персистентна

Явна Прихована Латентна Хронічна Повільна

Гостра Персистентна

256

Необхідно також зупинитися на змішаних вірусних інфекціях.При зараженні двома вірусами водночас може відбутися неза-лежна репродукція обох вірусів, посилення репродукції одного зних (екзальтація), а також комплементація, репродукція одного,дефектного вірусу, тільки в присутності іншого, вірусу-помічни-ка. Вірусо-бактеріальні інфекції, як правило, перебігають дужетяжко. Описано поєднання бруцел з вірусом омської геморагіч-ної гарячки, вірусу гепатиту В з кандидами, ентеровірусів з ен-теробактеріями, опортуністичні інфекції при СНІДі.

3. ПОВІЛЬНІ ВІРУСНІ ІНФЕКЦІЇ

Повільні вірусні інфекції — це своєрідна форма взаємодії дея-ких вірусів з організмом, для якої є характерним дуже тривалийінкубаційний період (місяці та роки), повiльний, але неухильнийрозвиток симптомів з летальним кінцем. Повільні вірусні інфекціїможуть спричинюватися типовими вірусами — коровий підгост-рий склерозуючий паненцефаліт, природжена краснуха, краснуш-ний паненцефаліт, СНІД тощо.Особлива форма повільних вірусних інфекцій — підгострі

трансмісійні губкоподібні (спонгіоформні) енцефалопатії. Ці про-цеси пов’язані з особливими інфекційними агентами, включени-ми в групу так званих «незвичайних вірусів». Найбільш вивче-ним серед них є збудник скрейпі.Скрейпі — дуже стара хвороба, яка легко розпізнається з точ-

них клінічних описів, зроблених до XVIII ст. європейськими до-слідниками. Це перший і найбільш вивчений представник групиатипових повільних інфекцій, які спостерігаються у тварин талюдини. Нині відомо ще сім захворювань, які мають ті ж діагно-стичні особливості, що і скрейпі. Три із цих хвороб зустрічають-ся у людей, дві з них (хвороба Крейцфельда — Якоба і синдромГерстмана — Штреуслера) — єдині відомі деменції (деменція —набуте недоумство), що передаються людині, третя хвороба —куру.Всі вивчені захворювання передаються експериментально

шляхом зараження різних лабораторних ссавців. Інкубаційнийперіод може тривати від 60 дн при найшвидшій експеримен-тальній моделі скрейпі до терміну, що перевищує природну три-валість життя, яка у мишей і хом’яків дорівнює майже двом ро-

257

кам. У людини при захворюваннях, які розвиваються природно,тривалість інкубаційного періоду може досягати десятиліть.Спадкові фактори хазяїна позначаються на тривалості інкуба-ційного періоду (сприйнятливості) при одних захворюваннях і немають значення при інших.Ці хвороби ушкоджують центральну нервову систему (ЦНС),

незмінно закінчуються летальним кінцем після хронічного про-гресуючого перебігу тривалістю кілька тижнів або місяців. Вонихарактеризуються незапальною вакуолізуючою дегенерацієюсірої речовини ЦНС, вражаючи нейрони (звідси й назва — «губ-коподібні спонгіоформні енцефалопатії»). Незапальний харак-тер ушкоджень узгоджується з іншою характерною особливістю— ці інфекції не здатні ані спричинити імунологічну реакцію, аніослабити імунологічну реактивність хазяїна до інших інфекцій.Це одна з причин, чому сьогодні немає ніяких лабораторно-діаг-ностичних тестів на інфекцію з будь-яким з атипових агентів ічому вакцинація як стратегія не підходить для запобігання талікування цих захворювань. Також не доступні і будь-які іншівиди лікування.Нові діагностичні критерії для цих хвороб були встановлені у

80-х роках ХХ ст. Екстракти ушкодженого мозку містять пато-логічні скрейпі-асоційовані фібрили (САФ), які легко ідентифі-куються при електронній мікроскопії. Амілоїдні фібрили, які одер-жують iз нормального протеїду з молекулярною масою 33–35 кДа,містяться в багатьох неінфікованих тканинах. При захворюванніна скрейпі цей білок піддається ледь помітним, але невизначе-ним посттрансляційним модифікаціям. У результаті він накопи-чується в мозку, стає відносно стійким до розщеплення протеї-назою і набуває здатності утворювати САФ. Мічені антитілалегко забарвлюють змінений білок (САФ-білок) на зрізах мозку,особливо коли він відкладається для формування ядер позаклі-тинних амілоїдних бляшок.Гістологічно ці амілоїдні бляшки схожі на ті, що характерні

для хвороби Альцгеймера, яка є найчастiшою формою набуто-го недоумства людини. Але амілоїд при хворобі Альцгеймераутворюється з іншого білка, ніж при скрейпі та хворобі Крейц-фельд — Якоба. Немає також достовірних доказів, що хворобаАльцгеймера передається.Найкраще вивчена природа збудника скрейпі. Захворювання

може бути експериментально відтворено на тваринах, у томучислі на мишах і хом’яках. Збудник має досить малі розміри,

258

щоб проходити через бактеріальні фільтри, тобто за розмірамивін є вірусоподібним або меншим за віруси. Але ці інфекційнівластивості надзвичайно стійкі до багатьох фізико-хімічнихвпливів — високої температури, дії іонізуючого чи ультрафіоле-тового випромінювання. Надзвичайна стабільність та імунолог-ічна нейтральність цих агентів дозволяють вважати їх надзви-чайно повільними вірусами.За біологічними властивостями у дослідах на мишах легко

диференціюють близько 10 різноманітних штамів збудникаскрейпі. У дослідах на хом’яках і мишах зареєстровано мутацію,яка не є рідкісним випадком. Тому збудник скрейпi схожий назбудника інших мікробних інфекцій у прояві варіацій, штамів імутацій. Отже, збудник скрейпі має штамоспецифічний геном.Апріорно припускають, що геном збудника скрейпі є нуклеїно-вою кислотою, хоча це ще не доведено. Характеристика чутли-вості збудника скрейпі до ультрафіолетового опромінення вка-зує на те, що передбачуваний нуклеїновий геном має дуже малірозміри. Його оціночний розмір як мішені для іонізуючої раді-ації менший за 100 000 Д, що може бути недостатнім для коду-вання білка, який вивчається за допомогою протеаз якнеобхiдний доказ інфекційності агента скрейпі.Це стало підставою для гіпотези «вірино», яка припускає, що

білок кодується генами хазяїна. Вважають, що «вірино» склада-ються з невеликої кількості нуклеїнової кислоти в комплексі збілком, синтезованим клітиною-хазяїном. Недостатність імунноїреакції до агентів скрейпі та йому подібних можна було б тодіпояснити просто відсутністю чужорідних антигенів. Таксономі-чно це дозволяє помістити «вірино» між справжніми вірусами івіроїдами.Віроїди — це новий клас субвірусних агентів, який характери-

зується відсутністю позаклітинної неактивної фази (віріона) і ге-номом набагато меншим, ніж у відомих вірусів. Віроїди якінфекційні агенти — безбілкові, низькомолекулярні односпіральнікільцеві РНК, стійкі до нагрівання та органічних розчинників,але чутливі до нуклеаз. Віроїди, вперше ідентифіковані при хво-робі картоплі, виявилися також причиною деяких інших хвороброслин. Можливо, збудники деяких хвороб тварин і людини та-кож можуть належати до класу віроїдів. Наприклад, дельта-фак-тор (збудник т. зв. гепатиту D) вважають віроїдом.Оскільки єдиною молекулою, ідентифікованою у препаратах

з інфекційними властивостями, виявився білок, існує гіпотеза,

259

що саме білок і є інфекційним агентом скрейпі (гіпотеза «пріо-ну»).Пріони (англ. proteinaceous infectious particle — білкова інфек-

ційна частка) — особливі інфекційні агенти, які не містять нук-леїнової кислоти. Вони не втрачають своїх інфекційних власти-востей після обробки нуклеазами, але повністю руйнуються про-теазами. Вважають, що пріони — це особливі білки, які спричи-нюють дерепресію постійно існуючих в здорових клітинах генів,які експресуються та індукують синтез пріонів.Однак складно пояснити варіабельність штамів збудника

скрейпі та його мутацій на основі уявлення, що він є білком.Пріони описують як інфекційні білки, позбавлені нуклеїнової

кислоти, тоді як вірино, як вважають, складається з невеликоїкількості нуклеїнової кислоти, зв’язаної з білком клітини-хазяї-на.Сьогоднi повільні інфекції привертають велику увагу, багато

вірусних інфекцій вважаються повільними або можуть перебіга-ти таким чином (вірусні гепатити, СНІД, сказ, цитомегаловірусніураження мозку тощо). Припускають роль повільної вірусноїінфекції у захворюваннях людини, етіологія яких до цього часуне розшифрована: хвороба Паркінсона (вірус грипу?), шизофре-нія (пріон?), атеросклероз (герпесвiрус?) тощо.На початку 1996 р. в Англії виникло захворювання серед корів,

при якому спостерігалось губкоподібне ураження головного моз-ку (сказ корів). Це захворювання не має зв’язку з вірусом сказу,йдеться про збудника пріонового типу. Хоча і не було підтвер-джених свідчень про захворювання людей після вживання яло-вичини уражених корів, але з урахуванням тривалостi інкубацій-ного періоду при повільних інфекціях одержати такі дані непро-сто. Тому питання залишається відкритим.У зв’язку з цим інцидентом гостро виникло питання про

стійкість пріонів до температурних впливів. Повідомлялось, щопри 80 °С збудник коров’ячого сказу інактивується протягомпівгодини.

4. ІМУНІТЕТ ПРИ ВІРУСНИХ ІНФЕКЦІЯХ

Механізми противірусного захисту можна поділити на фак-тори резистентності організму, в нормі несприйнятливого до пев-ного виду вірусу (має видову несприйнятливiсть), фактори не-

260

специфічного захисту сприйнятливого організму і фактори на-бутого імунітету.Фактори природженої (природної, видової) резистентності не-

сприйнятливого організму обумовлюють природжений стан не-сприйнятливості до даної вірусної інфекції. Видова резистентністьвизначається не імунологічними реакціями організму, а неспе-цифічними механізмами. Мають значення анатомічні бар’єри(шкіра, слизові оболонки респіраторного тракту з потужнимвійчастим апаратом, секрети слизових оболонок, шлунковий сік).Головну роль відіграє клітинна резистентність, обумовлена не-здатністю вірусу адсорбуватися і проникнути в клітину, вірус неможе бути депротеїнізованим. Це забезпечує абсолютну видовунесприйнятливість. Її можна штучно подолати введенням де-протеїнізованих нуклеїнових кислот безпосередньо в клітину, щоспричинює репродукцію одного покоління зрілих віріонів, не-здатних до проникнення в сусідні клітини.Фактори неспецифічної резистентності сприйнятливого органі-

зму здатні на перших етапах взаємодії з організмом пригнітитиподальше розмноження і генералізацію вірусу задовго до вклю-чення механізмів імунітету.Найбільш вивченими є білкові речовини плазми і секретів сли-

зових оболонок людини — інгібітори вірусної активності. Це тер-мостабільні і термолабільні віруснейтралізуючі фактори, які мо-жуть нейтралізувати вірус за рахунок антигемаглютинуючої дії,активізації комплексу вірус–антитіло (як кофактор). Вірусніінгібітори вiдiграють суттєву роль у захисті організму від вірусуна перших етапах інфекції, їхня активність може бути порівня-ною з титром антитіл, тому при серодіагностиці вірусних інфекційнеобхідно диференціювати виявлені антитіла від віруснихінгібіторів, часто доводиться для цього обробляти сироватку,щоб видалити інгібітори.Фагоцитоз, який відіграє дуже важливу роль у протибактері-

альному захисті, малоефективний проти вірусу. Фагоцитованівіруси не гинуть у фагоциті, можуть бути захищені від дії іншихпротивірусних факторів і транспортуватися всередину організ-му у фагоциті. Але є дані про участь фагоцитарної системи уборотьбі проти вірусу, особливо в осередку запалення. Роль фаго-цитозу в противірусному імунітеті опосередкована, фагоцитозвключається у знищення клітин, уражених вірусом, на етапі взає-модії такої клітини з антитілами проти вірусу. Мікрофаги і макро-фаги відіграють різні ролі. Поліморфнонуклеарні лейкоцити не

261

відіграють суттєвої ролі у захисті проти вірусних інфекцій. Фак-тично, більшість вірусних захворювань характеризується полі-морфнонуклеарною лейкопенією. З iншого боку, макрофаги фа-гоцитують віруси і уражені вірусами клітини відіграють важливуроль у звільненні кровотоку від вірусів.Температурний фактор (підвищення температури тіла) при

вірусній інфекції має суттєве значення в захисті, тому що нетільки активує багато захисних механізмів, але й забезпечує тер-моінактивацію вірусів. Більшість вірусів пригнічується при тем-пературі вище 39 °С. Тому при вірусних інфекціях не рекоменду-ють призначати антипіретики (жарознижувальні засоби), якщотемпература не піднімається вище 38 °С. Важливу роль відіграєрегенерація клітин, у результаті якої відбувається селекція рези-стентних до вірусу клітин.

Інтерферон

А. Айзекс і Ж. Лінденман вiдкрили (1957), що фрагменти хо-ріоналантоїсної оболонки курячого ембріона, оброблені живи-ми або інактивованими вірусами грипу, продукують розчинну ан-тивірусну речовину, яка надає клітинам стійкості до вірусноїінфекції. Ця речовина дістала назву «інтерферон». Згодом буловідкрито, що утворення інтерферону — природний механізм за-хисту проти вірусної інфекції, який мають клітини хребетних.Інтерферони — родина білків хазяїна, який їх кодує. Вони про-

дукуються клітинами при стимуляції вірусними і невіруснимиіндукторами. Інтерферон сам по собі не має прямої дії на віруси,але впливає на інші клітини того ж виду, забезпечуючи їм не-сприйнятливість до вірусної інфекції.В процесі дії інтерферону клітини утворюють білок («транс-

ляцію інгібуючий протеїн» — ТІП), який вибірково пригнічуєтрансляцію вірусної інформаційної РНК, не впливаючи на клітин-ну інформаційну РНК. ТІП фактично є сумішшю, принаймні,трьох різних ферментів (протеїнкінази, олігонуклеоїд синтетазиі РНК-ази), які разом блокують трансляцію вірусної інформа-ційної РНК у вірусні білки (рис. 13.1). Було також встановлено,що антивірусна активність інтерферону може бути пов’язана зпригніченням вірусної транскрипції.Інтерферони є видотканинноспецифічними. Інтерферон, утво-

рений одним видом, може захищати від вірусної інфекції тількиклітини того ж або спорідненого виду. Таким чином, у клітинах

262

Рис. 13.1. Механізм дії інтерферону (за А. Г. Букринською)

Синтетаза 2,5-олігоадені-лова кислота Нуклеаза

Руйнування вільноївірусної м-РНК

Протеїнкіназа Фосфорилування

фактора ініціаціїтрансляції

Порушенняініціації трансляції

м-РНК

людини проявляється антивірусний ефект людського інтерферо-ну і, деякою мірою, інтерферону мавпи, але не інтерферону мишіабо курчати. Активність не є вірусоспецифічною. Інтерферон,індукований одним вірусом (або навіть невірусними індукторо-ми), може забезпечувати захист проти інфекції як тим самим,так і неспорідненим вірусом. Однак віруси варіюють за їхньоючутливістю до інтерферону, а також за здатністю індукуватиінтерферон. Цитоцидні й вірулентні віруси — погані індукториінтерферону, а слабовірулентні віруси — хорошi. РНК-вмісні віру-си є кращими індукторами, ніж ДНК-вмісні. Прикладом сильнихіндукторів може бути вірус везикулярного стоматиту і вірус Сен-дай. Нуклеїнові кислоти (двоспіральна РНК) і деякі синтетичніполімери — особливо ефективні індуктори. Продукція інтерфе-рону збільшується при підвищенні температури до 40 °С i при-гнічується стероїдами та підвищеним кисневим потенціалом.Синтез інтерферону розпочинається приблизно через 1 год післяіндукції і досягає високого рівня через 6–12 год.Швидкість індукції інтерферону набагато вища, ніж гумораль-

на імунна відповідь. Отже, інтерферони можуть відіграватинайголовнiшу роль у захисті хазяїна від вірусних інфекцій.На підставі антигенної характеристики, клітинного походжен-

ня та інших властивостей розрізняють три типи інтерферонів:альфа, бета і гамма. Зазвичай інтерферон скорочено позначаєтьсяяк ІФН.Альфа-інтерферон (ααααα-ІФН), або лейкоцитарний інтерферон,

утворюється лейкоцитами після індукції відповідними вірусами.Це неглікозидований білок. Було ідентифіковано, принаймні, 16антигенних підтипів.

263

Бета-інтерферон (βββββ-ІФН), або фібробластний інтерферон, ут-ворюється фібробластами та епітеліоцитами після стимуляціївірусами або полінуклеотидами. Це глікопротеїд.Гамма-інтерферон (γγγγγ-ІФН), або імунний інтерферон, утво-

рюється Т-лімфоцитами при стимуляції антигенами або мітоге-нами. Це глікопротеїд. Він здійснює переважно імуномодулюю-чу та протипухлинну функції, а не противірусний захист. Вінтакож відрізняється від альфа- і бета-інтерферону наявністю унього спеціального клітинного рецептора.Інтерферони інактивуються протеолітичними ферментами,

але не нуклеазами або ліпазами. Вони стійкі до нагрівання при56–60 °С протягом 30–60 хв і до широкого діапазону рН (2–10),крім γ-ІФН, який є лабільним при рН=2,0. Їхня молекулярна масастановить близько 17 000. Вони слабко антигеннi, тому звичайнісерологічні тести непридатні для їх виявлення та оцінки. Дослі-дження інтерферонів базується на їх біологічній активності, на-приклад, здатності інгібувати бляшкоутворення чутливим віру-сом. Активність ІФН виражається в міжнародних одиницях(МО/мл, IU/ml).Багато властивостей інтерферону роблять його ідеальним

кандидатом на використання в профілактиці та лікуванні вірус-них інфекцій: він нетоксичний, неантигенний, вільно поширюєть-ся в тілі, має широкий спектр антивірусної активності. Єдинимнедоліком є його видоспецифічність, тобто інтерферон, утворе-ний не клітинами людини, виявляється непридатним до клінічногозастосування. Цю перешкоду було до деякої міри усунуто одер-жанням інтерферону з лейкоцитів лейкоцитарної плівки донорсь-кої крові, з використанням вірусу хвороби Ньюкасл або вірусуСендай як індуктора. Сьогодні людський інтерферон доступнийу необмеженій кількості внаслідок його виробництва шляхомклонування в бактеріях і дріжджах.Але повною мірою надії на інтерферон як антивірусний агент

не виправдалися. Місцеве застосування великих доз препаратудовело його ефективність проти інфекцій верхніх дихальнихшляхів, герпетичного кератиту та бородавок геніталій. Доведе-но обмежений ефект інтерферону при генералізованій герпетичнійінфекції в імунокомпрометованих осіб, а також при гепатиті Вта С. Деякі результати подають надію при використанні інтер-ферону як засобу проти раку, особливо при лімфомах, але з’яви-лися i повідомлення про токсичну дію великих доз інтерферону ухворих на рак.

264

Хоча інтерферон спочатку був визнаний як антивірусний агент,нині він більше відомий як регуляторний пептид, що належить докласу цитокінів. Головна біологічна дія інтерферонів така:

1. Антивірусні ефекти: індукція стійкості до інфекцій.2. Антимікробні ефекти: резистентність до внутрішньоклітин-

них інфекцій (токсоплазмоз, хламідіоз, малярія).3. Клітинні ефекти: пригнічення клітинного росту та проліфе-

рації, а також синтезу ДНК і білка, збільшення експресії анти-генів ГСК (головного комплексу сумісності) на поверхні клітин.

4. Імунорегуляторні ефекти: збільшення цитотоксичної актив-ності NК-, К- і Т-клітин: активація цитоцидної активності мак-рофагів, активація Т-супресорів, пригнічення ГУТ.

Імунологічні механізми противірусного захисту

Фактори специфічного імунітету при вірусних інфекціях ті самi,що і при інфекціях іншої етіології: антигенреактивні молекули(антитіла) і клітини (антигенреактивні Т-лімфоцити) забезпечу-ють відповідно гуморальний і клітинний імунітет.Віруси як антигени принципово не відрізняються від інших

збудників. Стимуляція імунної системи організму вірусними аген-тами приводить до формування імунітету, який при багатьохвірусних захворюваннях настільки стійкий, що зберігається навсе життя (після натуральної та вітряної віспи, поліомієліту, кору,епідемічного паротиту). При бактеріальних інфекціях це спосте-рігається рідко. Однак збереження імунітету на все життя можебути наслідком довічної персистенції вірусу в організмі.Антигени вірусів різні, їх роль в імунних реакціях неоднакова.

Наприклад, антитіла до нейрамінідази вірусу грипу меншоюмірою нейтралізують інфекційні властивості вірусу, ніж антитіладо гемаглютиніну. Антитіла до нуклеїнових кислот вірусу відігра-ють незначну роль. Головна роль належить оболонковим анти-генам, блокада яких антигенами перешкоджає проникненню віру-су в клітину.Вірусні антигени можуть перебувати і на поверхні заражених

клітин (вірусіндуковані антигени), тому що остаточне визріван-ня може відбуватися під час виходу вірусу з клітини. В процесірепродукції вірусу в клітині відбувається також синтез вірусо-специфічних неструктурних білків, які не входять до складу віріо-на, але необхідні для репродукції. Ці білки можуть мати антигеннiвластивостi і бути вірусіндукованими.

265

Віріони стимулюють гуморальні та клітинні імунні реакції.Розмноження вірусу в тілі за наявності інфекції спричинює нетільки кількісно більшу імунну реакцію, а й звільняє і робитьдоступним для імунної системи цілий діапазон вірусних анти-генів, включаючи поверхневі та внутрішні антигени, а також не-структурні антигени типу ранніх білків.Для здійснення гуморального антивірусного імунітету

найважливiшу роль відіграють антигени класів IgG, IgM і IgA.IgG та IgM відіграють головну роль у крові та тканинному про-сторі, тоді як IgA більш важливі на поверхні слизових оболонок.Антитіла здійснюють нейтралізацію вірусу кількома механіз-

мами. Вони можуть запобігти адсорбції вірусу на клітинних ре-цепторах, збільшуючи деградацію вірусів, або виходу вірусногопотомства з інфікованих клітин. Комплемент може реагуватиразом з антитілами, ушкоджуючи поверхню оболонкових вірусів,а також здійснюючи цитоліз інфікованих вірусом клітин.Не всі антитіла можуть нейтралізувати інвазійну здатність

вірусів: антитіла до внутрішніх антигенів — не нейтралізують, адо поверхневих антигенів — розрізняються за їх здатністю донейтралізації. Наприклад, після грипозної інфекції з’являютьсядва типи антитіл до поверхневих антигенів: антигемаглютинінта антинейрамінідаза. Перший тип нейтралізує інфекційністьвірусу грипу, другий — ні. Антинейрамінідаза може, однак, при-гнічувати вихід потомства віріонів з інфікованих клітин.Деякі антитіла можуть, як це не парадоксально, збільшува-

ти інвазійну здатність вірусу. Гуморальні антитіла інколи мо-жуть фактично брати участь у патогенезі. Антитіла можутьспричинювати комплемент — залежне або імунокомплекснеушкодження клітин. Почастішання інфекцій, спричинених рес-піраторно-синцитіальним вірусом у ранньому дитинстві, як вва-жають, є результатом наявності пасивно набутих материнсь-ких антитіл. У старших дітей, в яких немає антитіл, вірус обу-мовлює легкий перебiг захворювання. Патогенез деяких вірус-них геморагічних лихоманок, як вважають, є імунологічноютромбоцитопенією. Більшість позапечінкових уражень при се-розному гепатиті може бути обумовлена імунними комплекса-ми.Була висунута гiпотеза, що гуморальні антитіла не можуть

відігравати суттєву роль у захисті проти вірусних інфекцій.Підставою для цього були спостереження, що особи з агамма-глобулінемією здатні мати нормальну стійкість до вірусних

266

інфекцій, на відміну від їх надзвичайної сприйнятливості до бак-теріальних інфекцій. Це не може бути абсолютним доказом, ос-кільки навіть особи з агаммаглобулінемією утворюють невеликукількість антитіл, яких може бути достатньо для захисту противірусних інфекцій. Антивірусна активність гуморального імуні-тету виразно проявляється в ефективності материнських антитілта пасивно введеного імуноглобуліну для запобігання новимвірусним інфекціям. Захисний ефект вбитих вірусних вакцин ба-зується на їхній здатності стимулювати гуморальні антитіла.Найпершою ознакою клітинного імунітету при вірусних інфек-

ціях було виявлення підвищеної чутливості після щеплення в імун-них осіб. Подібна шкірна реактивність також відмічається припаротиті (рос. свинка). Нормальна стійкість до вірусних інфекцій,яка виявляється при агаммаглобулінемії, пов’язується з клітин-ним імунітетом, хоча може також бути обумовлена інтерферо-ном або іншими неімунними механізмами. В осіб з порушеннямклітинного імунітету виявляється підвищена сприйнятливість дозараження вірусами герпесу, віспи та кору. Введення антилімфо-цитарної сироватки спричинює смертельну інфекцію в мишей,заражених сублетальною дозою вірусу ектромелії. Як вважають,клітинно-опосередкований імунітет відіграє головну роль в оду-жанні від вірусних інфекцій, при яких вірусемія не відіграє суттє-вої ролі, а інфіковані клітини мають вірусні специфічні антигенина своїй поверхні. При деяких вірусних інфекціях клітинний іму-нітет може відігравати роль в ураженні тканин (лімфоцитарнийхоріоменінгіт у мишей).Клітинний імунітет реалізується за рахунок дії Т-кілерів на

уражену вірусом клітину за рахунок взаємодії рецепторів Т-кіле-ра з вірусним або вірусіндукованими антигенами на поверхніураженої клітини. В результаті клітина гине, цикл репродукціївірусу переривається.Деякі вірусні інфекції спричинюють пригнічення імунної ре-

акції. Корова інфекція призводить до тимчасового пригніченняпідвищеної чутливості до туберкуліну.Взагалі вірусні інфекції супроводжуються стійким імунітетом

до реінфекції, який може інколи бути довічним. Винятки (вірус-ний нежить, грип) обумовлені не недостатністю імунітету, а тим,що повторна інфекція спричинена антигенно різними вірусами.Живі вірусні вакцини також стимулюють більш тривалий захист,ніж бактеріальні.

267

5. ІМУНОПРОФІЛАКТИКАВІРУСНИХ ЗАХВОРЮВАНЬ

Для більшості вірусних інфекцій є характерним тривалий таефективний імунітет. Вірусні вакцини також створюють стійкийзахист і взагалі більш ефективні, ніж бактеріальні.Вірусні вакцини можуть бути живі або вбиті (табл. 13.2). Живі

вакцини є більш ефективними (вакцина проти віспи, жовтої ли-хоманки). Вакцина проти віспи використовувалась як єдинийзасіб для глобального викорінення цього захворювання. Ранніживі вакцини були одержані емпірично з природних вірусів (вак-цина Дженнера з вірусу коров’ячої віспи) або атенуацією шля-хом послідовних пасажів (вакцина проти жовтої лихоманки). Ос-новою цього методу був випадковий вибір авірулентних мутантів.З розвитком більш точних генетичних методів живі вакцини ста-ли одержувати вибором бляшок (вакцина Себіна проти поліомі-єліту) або з термостабільних мутантів (грипозна вакцина). Більшсучасний метод — це одержання вакцинних штамів із потрібни-ми антигенними властивостями за допомогою рекомбінації (гри-позна вакцина).Вбиті вакцини були одержані шляхом інактивації вірусів ви-

сокою температурою, фенолом, формаліном або бета-пропіолак-тоном. Опромінення ультрафіолетовим промінням є недостатнімчерез ризик множинної реактивації.Зниження реактогенності вбитих вакцин досягається очищен-

ням вірусів. Побічні реакції можна зменшити також за допомо-гою «субодиничних вакцин», в яких вірус розщеплюється детер-гентами, а у вакцину включаються тільки відповідні антигени.Живі вакцини мають ряд переваг, їх достатньо вводити одно-

разово. Вони можуть вводитися через вхідні ворота природноїінфекції для створення місцевого імунітету, стимулювати вироб-лення широкого спектра імуноглобулінів до цілого ряду вірус-них антигенів, а також стимулювати розвиток клітинно-опосе-редкованого імунітету. Вони забезпечують ефективніший і три-валіший імунітет, ніж вбиті вакцини, їхнє виготовлення економі-чніше, а застосування зручніше, особливо при масовій імунізації.Деякі з них можна використовувати як асоційовані вакцини (вак-цина «краснуха — паротит — кір»).Живі вірусні вакцини мають такі недоліки.Існує деякий ризик реверсії атенуйованого вірусу до вірулент-

268

ного. Вакцина може бути забруднена потенційно небезпечнимивірусами типу онкогенних. Вірус може поширюватися від вакци-нованих осіб до контактних. Це є серйозною небезпекою в дея-ких ситуаціях, коли відбувається передача вакцинного вірусу іму-нодефіцитним особам, але інколи це може бути перевагою (якпри поліомієліті, коли прищеплений контингент розширюєтьсяза рахунок природного розповсюдження вакцинного вірусу се-

Таблиця 13.2. Вірусні вакцини для широкого застосування

Хвороба Тип вакцини Спосіб одержання

Поліомієліт Жива Авірулентні штами, що вирослив культурі клітини нирки мавпи

Сказ Вбита Вірулентні штами, що виросли в куль-турах клітин нирки мавпи, вбиті фор-маліном

Вбита Фіксований вірус, який виріс у мозкувівці та інактивований фенолом абобета-пропіолактоном

Жовта Жива (17D) Атенуйований вірус, що виріс у куря-гарячка чому ембріоні і ліофілізований

Японський Вбита Вірус, розмножений у мозку мишейенцефаліт та інактивований формаліномПаротит Жива Атенуйований вірус, який виріс у куль-

турі фібробластів курячого ембріона

Грип Вбита (суб- Вірус, розщеплений дезоксихолатомодинична) натрію

Жива Вірус, атенуйований послідовними(ослаблена) пасажами на курячих ембріонахЖива Авірулентні (ts) термостабільні(мутантна) мутанти

Жива (реком- Рекомбінанти з поверхневими антиге-бінантна) нами нових штамів

Кір Жива Атенуйований вірус, який вирісу культурі тканин

Краснуха Жива Атенуйований вірус, який вирісу культурі тканин

Гепатит В Клонована НВs антиген, клонований у дріжджахсубодинична

269

ред дітей і дорослих). Інтерференція з наявними в організмі віру-сами може іноді запобігати імунній реакції після щеплення жи-вою вакциною. Живі вакцини термолабільні, довго зберігаютьсяв холоді. Деякі живі вакцини можуть бути причиною місцевих тавіддалених ускладнень (вакцина проти віспи).Інактивовані вакцини мають перевагу щодо стабільності та

безпеки. Їх можна застосовувати в комбінації як багатовалентнівакцини. Немає небезпеки розповсюдження вірусу від вакцино-ваних осіб до невакцинованих. До недоліків належать не-обхідність багаторазового введення, а також відсутність виник-нення місцевого та клітинного імунітету.Пасивна імунізація людським імуноглобуліном, сироваткою

реконвалесцентів або специфічним імуноглобуліном створюєтимчасовий захист проти багатьох вірусних захворювань типукору, паротиту та інфекційного гепатиту. Ці препарати рекомен-довані тільки для неімунних осіб, які зазнали ризику зараження.Комбінована активна та пасивна імунізація — основний методпрофілактики сказу.

6. ХІМІОПРОФІЛАКТИКАТА ХІМІОТЕРАПІЯ ВІРУСНИХЗАХВОРЮВАНЬ

Хоча застосуванням антибіотиків та хіміотерапевтичних пре-паратів у контролі над бактеріальними захворюваннями досяг-нуто великих успіхів, фактично відсутні безпечні та ефективнілікарські препарати проти вірусних захворювань. Оскільки віру-си — суто внутрішньоклітинні паразити, які для відтворення ви-користовують біосинтетичні механізми клітини-хазяїна, панува-ла думка, що не існує можливості здійснити вірусну репродук-цію без того, щоб не ушкодити клітину-хазяїна. Але існує кількаділянок, доступних для селективного впливу на віруси (рис. 13.2).Вірусну інфекцію можна зупинити на рівні прикріплення, транс-

крипції вірусної нуклеїнової кислоти, трансляції вірусної м-РНК,реплікації вірусної нуклеїнової кислоти, збирання та виходу вірус-ного потомства. Мішенню можуть бути також позаклітинні вклю-чення. Було виявлено ряд вірусоспецифічних ферментів, які мо-жуть селективно інгібувати таким чином, що запобігають роз-множенню вірусів без ушкодження клітини-хазяїна.

270

Перший клінічний корисний антивірусний препарат булоодержано в 1960 р., коли виявили, що N-метил-бета-тіосемикар-базон (метисазон, марборан) може бути ефективним проти покс-вірусів. Його з успіхом застосовували при лікуванні екземи вак-

Рис. 13.2. Етапи репродукції вірусів-мішеней для основних проти-вірусних препаратів (за Ф. І. Єршовим)

Адсорбція

Проникненняв клітину

і роздягання

Синтезнуклеїновихкислот

Синтезвіруснихбілків

Поліпротеїни-попередники

ФерментиСтруктурнібілки

Збираннявіріонів

Вихідвіріонів

Рекомбінантні молекулиміжклітинної адгезії

Амантадин, ремантадин,рекомбінантні анти-gP 120і молекули CD4

Ацикловір, ганцикловір,відарибин,йодоксиуридин,рибавірин, фоскарнет,зидовудин, диданозин,ставудин, невірапінІнтерферони

Інгібітори протеаз

Інтерферони

Синтезнуклеїновихкислот

271

цинованих і для профілактики та лікування віспи. Незабаромвіспу було ліквідовано і препарат більше не використовується.

В 1962 р. було встановлено, що протипухлинний лікарськийзасіб ідоксуридин ефективний при герпетичній очній інфекції.Майже водночас було синтезовано амантадин — молекулу з не-звичайною структурою, призначену для використання як по-тенційна вибухова речовина. Для цієї мети вона виявилась не-ефективною, але була встановлена її активність проти вірусу гри-пу типу А. Помітною віхою стало відкриття в 70-х роках ХХ ст.ацикловіру, ефективного проти вірусів герпесу і досить безпеч-ного при парентеральному введенні. Наукові пошуки привелидо створення багатьох антивірусних агентів, потреба в яких ста-ла особливо гострою з появою пандемії СНІДу.

Доступні антивірусні агенти можна класифікувати таким чином. 1. Аналоги нуклезидів Дезоксиуридини. Ці аналоги тимідину блокують тимідинкіна-

зу і ефективні проти вірусу простого герпесу. Першим із них був5-йодо-2-дексиуридин (ідоксуридин — IDU), який застосовував-ся місцево при герпетичному кератиті. Споріднений 5-трифлоу-рометил-2-дезоксиуридин (трифлуридин — TFT), більш розчин-ний і менш отруйний, замінив IDU. Бромвінілдезоксиуридин(BVDU) нетоксичний і навіть активніший, особливо проти віру-су вітряної віспи — оперізувального герпесу.

Аденінарабінозид (відарибін, ара-А) містить в аденіні замістьрибози арабінозу. Застосовують місцево при герпетичному ке-ратиті і парентерально проти herpes simplex та інфекцій вірусуоперізувального герпесу — вітряної віспи. Однак для лікуваннясистемних інфекцій препарат був замінений на ацикловір.

Ацикловір (ацилгуанозин) — аналог гуаніну, активний противірусів герпесу через тимідинкіназу. Віруси герпесу, які кодуютьвласну тимідинкіназу (вірус простого герпесу, вірус оперізуваль-ного герпесу — вітряної віспи), набагато сприйнятливіші, ніжвіруси, що не кодують її (цитомегаловірус, вірус Епштейна – Бар-ра). Споріднений препарат ганцикловір більш активний протицитомегаловірусу.

Широко відомий лікарський препарат азидотимітин (зидову-дин, АЗТ), що застосовується проти ВІЛ-інфекції, є аналогомтимідину, який блокує синтез противірусної ДНК, пригнічуючивірусну зворотну транскриптазу. АЗТ зменшує захворюваністьта продовжує життя хворих на СНІД, але він токсичний і доро-гий.

272

Синтезовано ряд дидеоксинуклеозидів (дидеоксицитидин —ДДЦ, дидеоксинзин — ДДІ, дидеоксиадинозин — ДДА) і вияв-лено, що вони мають анти-ВІЛ-активність, блокуючи зворотнутранскриптазу.Рибавірин (віразол) — синтетичний нуклеозид, споріднений з

гуанінрибозидом, виявляє активність проти багатьох ДНК- іРНК-вмісних вірусів. Застосовують у вигляді аерозолю. Препа-рат ефективний при лікуванні інфекцій, спричинених респіратор-но-синцитіальним вірусом, а також грипу. Внутрішньовенно вве-дений рибавірин ефективний проти гарячки Ласса та інших ге-морагічних гарячок.

2. Інші препаратиАмантадин (адамантанамін гідрохлорид, симетрол) блокує

проникнення в клітину-хазяїна вірусу грипу типу А, але не В абоС. Похідний амантадину, ремантадин, менш отруйний, але одна-ково ефективний.Енвіроксин та споріднені речовини виявляють активність проти

риновірусів.Фаскарнет (тринатрійфосфатоформіат) — специфічно при-

гнічує ДНК-полімеразу вірусу простого герпесу, діє на вірус ге-патиту В і ВІЛ.

Сурамін, створений як антипаразитарний засіб (1916), виявивздатність інгібувати зворотну транскриптазу. Це один із першихлікарських засобів, що використовується при СНІД. Через ток-сичність та недостатню ефективність нині не застосовується.

3. ІнтерферониВідкриття інтерферонів з активністю проти широкого діапа-

зону вірусів дало надію на застосування їх як антивірусних за-собів. Однак це не стало радикальним рішенням. Деякий пози-тивний ефект було одержано при хронічних інфекціях типу гепа-титу В і С, при папіломі гортані та цитомегаловірусній інфекції уреципієнтів трансплантата. Високі дози інтерферону призводятьдо токсичної дії.Сьогодні багато надій покладають на застосування індукторів

інтерферону. Розроблено кілька лікарських препаратів з інтер-фероногенною дією: низькомолекулярні вуглеводні (аміксин, ка-медон, циклоферон, неовір), полімери РНК (полудан, ампліген,ларифан), похідні госиполу (мегасин) тощо.Розробка принципово нових лікувальних препаратів з анти-

бактеріальною й антивірусною дією проводиться в НДІ мікробі-ології та вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України під ке-

273

рівництвом акад. В. В. Смирнова. Йдеться про одержання ново-го рекомбінантного пробіотика (пробіотики — бактерійні пре-парати з живих мікробних культур, призначені для корекціїмікрофлори хазяїна і лікування захворювань) субаліну, противі-русна дія якого грунтується на його здатності продукувати інтер-ферон в організмі людини і тварин.Незважаючи на інтенсивні зусилля, прогрес у галузі антивірус-

ної хіміотерапії недостатній, що залежить від багатьох факторів.Багато сполук виявляють антивірусну активність у культурі тка-нин, але більшість із них є неефективними або токсичними придослідах на тваринах. Придатні лікарські засоби мають вузькийдіапазон активності, рідко здатні повністю звільнити організмхазяїна від вірусу, оскільки часто розвиваються рецидиви. Віру-си набувають стійкості до медикаментів, безперешкодний роз-виток інфекції іноді відбувається під час лікування. Стан анти-вірусної хіміотерапії нині подібний до передсульфаніламідної ерипри бактеріальній інфекції.Сподіваємось, що краще розуміння молекулярної та клітин-

ної біології і взаємодії вірусів із організмом хазяїна може сприя-ти створенню ефективнішої хіміотерапії.

274

ЛЕКЦІЯ XIV

ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ,ВІРУСОЛОГІЯ ТА ІМУНОЛОГІЯЯК ОСНОВА ДЛЯ ВИВЧЕННЯСПЕЦІАЛЬНОЇ МЕДИЧНОЇМІКРОБІОЛОГІЇ

1. Вступ до спеціальної медичної мікробіології2. Принципи самостійного вивчення спеціальноїмедичної мікробіології

3. Вивчення питань патогенезу інфекційних захворювань4. Принципи терапії інфекційних захворювань5. Принципи профілактики інфекційних захворювань6. Діагностика інфекційних захворювань

1. ВСТУП ДО СПЕЦІАЛЬНОЇМЕДИЧНОЇ МІКРОБІОЛОГІЇ

Досі на лекціях та практичних заняттях вивчалась загальнамікробіологія, вчення про інфекцію та загальну імунологію. Відпо-відно вивчались загальні властивості, методи дослідження, ме-тоди культивування та ідентифікації мікроорганізмів, постанов-ка та облік реакцій імунітету, методи їх використання для іден-тифікації мікроорганізмів і діагностики інфекційних та неінфек-ційних захворювань. Безумовно, ці знання необхідні майбутньо-му лікарю для вивчення і розуміння клінічних дисциплін та прак-тичної діяльності. Також вони необхідні й для вивчення іншихрозділів нашої дисципліни, передусім спеціальної медичної мікро-біології.Предметом спеціальної медичної біології є вивчення не тільки

біологічних властивостей збудників окремих інфекційних захво-рювань, а й характеру взаємодії мікроорганізмів-збудників з

275

організмом людини, особливостей імунної відповіді макроорга-нізму на кожного збудника. Властивості збудника і характер йоговзаємодії з організмом хазяїна позначаються на виникненні, роз-повсюдженні серед населення та клінічному перебігу інфекцій-них захворювань, отже, на їхній профілактиці, лікуванні та діаг-ностиці. Тому знання цих питань необхідні кожному лікарю, не-залежно від його вузької спеціалізації.Раніше було докладно обговорено значення мікробіології, віру-

сології та імунології в навчальній та наступній професійній діяль-ності студентів-медиків. Необхідно звернути увагу на те, що ус-відомлюючи значення цього предмета для лікаря, в першу чергуйдеться саме про питання спеціальної медичної мікробіології.При вивченні спеціальної медичної мікробіології головне зав-дання — одержати знання з етіології мікробних захворювань,властивостей збудників, особливостей патогенезу, принципівпрофілактики, лікування й, головним чином, діагностики захво-рювань мікробної етіології.Захворювання мікробної етіології — це не тільки хвороби, які

називають інфекційними і лікують стаціонарно в інфекційнихлікарнях, а й захворювання, в етіології і патогенезі яких берутьучасть мікроорганізми-збудники, які не вважають інфекційнимичерез їх невисоку заразність. Такі захворювання лікують у тера-певтичних, хірургічних та інших стаціонарах. Часто це вторинніінфекції, які приєднуються до основного захворювання внаслі-док ослабленої дії захисних сил макроорганізму. При вивченніспеціальної мікробіології буде розглянуто властивості умовно-патогенних і непатогенних мікроорганізмів, які можуть зустрі-чатися не тільки як збудники або учасники патологічних про-цесів, а й як представники нормальної мікрофлори організму.Вони будуть предметом вивчення спеціальної мікробіології че-рез необхідність диференціювання їх від патогенних мікроор-ганізмів при мікробіологічній діагностиці й оцінці результатів узагальному діагностичному процесі.Переважно мова буде йти про збудників бактеріальної при-

роди, тому вивчення медичної мікробіології буде вивченням спеці-альної медичної бактеріології. В розділі вірусології ми будемовивчати питання загальної вірусології.

276

2. ПРИНЦИПИ САМОСТІЙНОГОВИВЧЕННЯ СПЕЦІАЛЬНОЇМЕДИЧНОЇ МІКРОБІОЛОГІЇ

Викладання спеціальної медичної мікробіології розпочинаєть-ся на 2-му курсі університету, коли студенти ще тільки почина-ють вивчати клінічні дисципліни й не мають достатніх знань зпатологічної фізіології, патологічної анатомії, симптоматики,основ діагностики і терапії хвороб. Це значно ускладнює засво-єння навчального матеріалу студентами, не тільки під час ауди-торних занять, а й при самостійному опануванні предмета. Ве-лика кількість фактичних даних, різноманітність захворювань,що вивчаються, їхніх збудників, несформованість клінічного мис-лення студентів на цьому етапі вивчення медицини й складністьвизначення головного матеріалу кожної теми роблять майженеможливим повноцінне засвоєння матеріалу. До цього необхід-но додати не завжди вдалий стиль викладання фактичного ма-теріалу в підручниках, якими користуються студенти. У підруч-никах і посібниках часто міститься багато відомостей, які ма-ють значення переважно для лікарів-мікробіологів, а не длялікарів загального фаху, яких здебільшого готують вищі медичнінавчальні заклади нашої країни.Оскільки навчальні плани не розраховані на викладання навіть

основного програмного матеріалу на лекціях і практичних за-няттях у повному об’ємі, самостійної роботи потребує не тількипідготовка до практичних занять, а й значна частина матеріалу,яка не включена в тематичні плани лекцій і практичних занять,її студенти вивчатимуть цілком самостійно.Успішно розв’язувати такі завдання можна тільки за умов пра-

вильного відбору навчального матеріалу, визначення основнихпитань кожної з тем, що вивчаються, обов’язкового використан-ня знань, одержаних на кафедрах 1-го курсу, та тих, що набува-ються на паралельних кафедрах 2-го курсу. Щоб не розгубитисьвід великої кількості фактичного матеріалу, необхідно застосо-вувати єдиний алгоритм для вивчення будь-якої теми зі спеці-альної мікробіології. Суттєву допомогу надасть використання прививченні кожної навчальної теми методичних вказівок «Навчаль-на документація», розташованих на стенді кафедри, і особливов «Альбомі для протоколів практичної роботи з методичнимивказівками до лабораторних і атестаційних занять з мікробіо-

277

логії, вірусології та імунології», який є у кожного студента. В цихдопоміжних матеріалах є основні питання теми, що вивчається,визначено мету заняття, перелік навичок й вмінь, які мають сфор-муватися в студентів при вивченні даної теми. Необхідно з увагоюставитись до пояснень викладачів на практичних заняттях і конс-пектувати лекційний матеріал, тому що ми намагаємося визначатиосновні питання теми й давати необхідні пояснення щодо них.Підготовка студентів до практичного заняття в загальному

вигляді відбувається за такою схемою.Назва більшості навчальних тем зі спеціальної медичної мікро-

біології звучить так: «Мікробіологічна діагностика… (назива-ють певне захворювання)». Вивчення теми необхідно починати зназви збудника. Необхідно вивчити назву збудника так, як прий-нято його називати в мікробіології, вказуючи родову та видовуназву латинською мовою. Це важливо, тому що лікар одержуєвідповідь з мікробіологічної лабораторії, яка, наприклад, звучитьтак: виділено Staph. aureus. Якщо лікар не знає латинської назвимікроорганізмів-збудників, він не зможе зрозуміти результату,не зможе розшифрувати скорочену, та ще й написану «лікарсь-ким» почерком назву, не зможе використати результат у діагнос-тиці захворювання і лікуванні хворого.Надалі необхідно вивчити основні властивості збудника.Перш за все, звичайно розглядають морфологічні та тинкторі-

альні властивості збудника.Досить запам’ятати форму мікроорганізму (коки, бактерії,

спірохети тощо), особливості морфології, які відрізняють цейорганізм від інших (величина, розміщення в мазку, наявність ди-ференційних структурних елементів — спор, капсул, включень,джгутиків). Не обов’язково знати ці відомості детально, не тре-ба запам’ятовувати розміри бактерій, достатньо лише уявляти,який це мікроорганізм: великий, середній чи дрібний.Включення патогенних бактерій характерні тільки для кори-

небактерій і є для них розпізнавальною ознакою, тому необхід-но повторити й методи їх виявлення. Утворення спор — важливаознака не тільки для диференціювання мікробів за морфологією,а й для розуміння стійкості їх у навколишньому середовищі і,відповідно, можливих шляхів передачі інфекції. При вивченнітинкторіальних властивостей збудника необхідно звернути ува-гу, перш за все, на його ставлення до забарвлення за Грамом.Це має значення не тільки для формування уявлення про основнівластивості збудника, але й для вибору лікарських препаратів:

278

більшість антибіотиків розрізняються за переважною дією награмпозитивну і грамнегативну флору. Ставлення до забарвлен-ня за Грамом легко запам’ятати, користуючись таблицею, яказнаходиться в методичних вказівках до заняття № 2. Взагалі,необхідно сформувати для себе видовий образ збудника підмікроскопом при стандартному забарвленні за Грамом або спеці-альному забарвленні для деяких мікроорганізмів (за Цилем —Нільсеном для кислотостійких, за Леффлером або Нейсером —для коринебактерій тощо). Для цього потрібно використовуватиілюстрації в підручниках, рисунки в альбомах, демонстраційніпрепарати й ті мікроскопічні препарати, які студенти готуютьна практичних заняттях.Культуральні властивості бактерій: вибагливість до живиль-

них середовищ, тип дихання, температурний оптимум, морфо-логія росту. Зверніть увагу на назву й особливий склад живиль-них середовищ, які застосовуються при діагностичному культи-вуванні збудника, на морфологію колоній, морфологію росту нарідких і густих живильних середовищах. Відносно температур-ного оптимуму потрібно пам’ятати, що всі патогенні для люди-ни мікроорганізми (мезофіли) добре розмножуються при темпе-ратурі 37 °С, яка підтримується здебільшого в термостаті, томуне потрібно запам’ятовувати межі температури, при яких роз-множуються збудники. Зовсім інше — винятки з цього правила.Необхідно, наприклад, звернути увагу на те, що ієрсинії маютьтемпературний оптимум нижче звичайного й можуть розмножу-ватись при температурі +4 °С, що має значення для розумінняпатогенезу ієрсиніозів як харчових токсикоінфекцій. При харак-теристиці типу дихання досить визначити ставлення до чоти-рьох груп мікроорганізмів — аеробів, мікроаерофілів, факульта-тивних аеробів та облігатних анаеробів.Біохімічні властивості бактерій звичайно викладаються в

підручниках дуже докладно, тому студенти можуть тільки уяви-ти вираженість біохімічних властивостей збудника. Більш точнівідомості необхідно запам’ятовувати в тих випадках, колибіохімічні властивості важливі для вибору підозрілої колонії абодля диференціювання патогенних представників від сапрофітів.Наприклад, необхідно знати основні біохімічні властивості мікро-організмів кишкової групи. Відповідно, необхідно зупинитися наособливому складі диференційно-діагностичних середовищ, яківикористовують при виділенні та ідентифікації збудника, звичай-но без запам’ятовування кількісних параметрів.

279

Біологічні властивості бактерій — патогенність для людини йтварин, продукція токсинів та інших факторів вірулентності.Необхідно звернути увагу на токсиноутворення бактерій. Всі

патогенні бактерії утворюють ендотоксини, токсигенні бактеріїпродукують також екзотоксини. Фактори вірулентності й токси-ни значною мірою визначають патогенез захворювання, томуважливо визначити дію токсину на організм, основну симптома-тику, пов’язану з інтоксикацією екзотоксином. Зверніть увагу напатогенність збудника для тварин — лабораторних, диких, до-машніх, це важливо для розуміння джерел і резервів інфекції таепідемічного процесу при дослідженні захворювання, особливо-стей профілактики та діагностики.Серологічні (антигенні) властивості збудника мають велике

значення для розуміння імунітету та алергії захворювання, якевивчається, це є важливим при ідентифікації виділеної чистоїкультури. З особливою увагою необхідно ставитись до вивченняантигенної структури збудника, якщо це лежить в основі прак-тично важливої класифікації (наприклад, для ботулізму, збудни-ки якого розподіляються на 7 сероварів, кожен з яких утворюєантигенно відокремлений екзотоксин). Те ж саме стосується йешерихій, тому що є патогенні серогрупи та серовари кишковоїпалички. В інших випадках (наприклад, для стафілококів), анти-генна структура має менше значення і на ній можна детально незупинятись.Необхідно звернути увагу на фаголізабельні властивості ста-

філококів, черевнотифозної палички, холерного вібріона, оскількице має значення для ідентифікації мікробів і встановлення епіде-міологічних зв’язків.Необхідно зупинитись на екології й поширенні збудника. Таку

інформацію можна одержати у підручниках у розділі з такою жназвою, або, частково, в розділі «Резистентність».

3. ВИВЧЕННЯ ПИТАНЬ ПАТОГЕНЕЗУІНФЕКЦІЙНИХ ЗАХВОРЮВАНЬ

Найважливіше з навчальних питань кожної теми — патоге-нез захворювання, спричиненого збудником, що вивчається. Вза-галі, патогенез захворювання — це механізм розвитку патологіч-них процесів при захворюванні. Але є доцільним більш широко

280

тлумачити патогенез захворювання, включаючи в нього не тількивзаємодію збудника й макроорганізму, а й процеси, які даютьможливість збуднику проникнути в організм людини. Таким чи-ном, необхідно розглядати не тільки патогенез захворювання, ай механізм поширення захворювання серед населення, патоге-нез процесу на популяційному рівні.Спочатку необхідно визначити ланки епідемічного ланцюга:

джерело й резервуар інфекції, механізми і фактори передачі, сприй-нятливе населення (матеріал загального характеру з цього пи-тання розглянуто в лекції «Вчення про інфекцію»).Надалі розглянемо власне патогенез захворювання — вхідні

ворота інфекції, шляхи поширення збудника в організмі, місцекінцевої локалізації, шляхи виділення збудника з організму. Якщов патогенезі захворювання важливу роль відіграє інтоксикаціяекзотоксином, зупиняємося на точках зосередження токсину ворганізмі та основній симптоматиці інтоксикації. Для засвоєнняматеріалу необхідно уявити собі, хоча б у загальному вигляді,клінічну картину захворювання, найхарактерніші клінічні про-яви, інакше знання носитимуть абстрактний характер і наврядчи рівень засвоєння буде таким, щоб набуті знання можна буловикористовувати. У патогенез захворювання необхідно вклю-чити імунну перебудову організму — розвиток постінфекційногоімунітету (напружений, стійкий, стерильний, короткочасний,слабкий, відсутність імунітету) й інфекційної алергії, якщо вонанаявна при цьому захворюванні.Як приклад, без особливої деталізації, розглянемо патогенез

дифтерії, актуальної сьогодні інфекції. Джерело й резервуарінфекції — хвора людина і носій. Основний шлях передачі збуд-ника Corynebacterium diphteriae — повітряно-крапельний. До-датковий шлях — контактно-побутовий, через предмети щоден-ного вжитку (іграшки, посуд тощо), через третю особу. Вхідніворота — слизова оболонка зіва, носа, кон’юнктива ока, статевіоргани у дівчат, рідко — вухо й рана. На місці укорінення збуд-ника після інкубаційного періоду протягом 5–10 дн розвиваєтьсямісцевий запальний процес — дифтерійне запалення. Збудникрозвивається на місці первинної локалізації, поширюючись у нав-кружні тканини за рахунок продукування ферментів (гіалуроні-дази, нейрамінідази, фібринолізину) й спричинюючи запальнізміни і набряк, які можуть призводити до розвитку дифтерійногокрупу, ядухи, внаслідок закупорювання шляхів дихання. Дифте-рію розглядають як токсико-інфекційне захворювання. Основна

281

ланка патогенезу дифтерії — інтоксикація дифтерійним екзоток-сином, який справляє не тільки місцеву, а й загальну дію наорганізм, оскільки відбувається його всмоктування в кров. Диф-терійний екзотоксин є гістотоксином, вражає значну кількістьтканин організму, але найбільш наочно це проявляється у трьохмісцях в організмі: міокард (розвивається токсичний дифтерій-ний міокардит), мозковий шар надниркових залоз (знижуєтьсятиск крові й розвиваються ортостатичні гемодинамічні порушен-ня внаслідок падіння тонусу судин через зменшене утворенняадреналіну), переважно периферична нервова система (виника-ють паралічі м’якого піднебіння, кінцівок).Збудник дифтерії в крові не міститься, спостерігається токси-

немія. Збудник виділяється переважно з мокротинням, при роз-мові, кашлі, чханні.Оскільки в патогенезі дифтерії перше місце посідає інтокси-

кація екзотоксином, а анатоксин нейтралізує дію в організмі, длялікування дифтерії застосовують протидифтерійну антитоксич-ну сироватку, а для профілактики — дифтерійний анатоксин.

4. ПРИНЦИПИ ТЕРАПІЇІНФЕКЦІЙНИХ ЗАХВОРЮВАНЬ

В курсі нашої дисципліни не розглядаються детально питан-ня лікування. Це — завдання клінічних кафедр, але потрібно матиуявлення про більш загальні принципи лікування інфекційниххвороб. Лікування всіх захворювань, у тому числі й інфекційних,може бути трьох видів: симптоматичне, патогенетичне та етіот-ропне.Симптоматичне лікування грунтується на застосуванні лікарсь-

ких препаратів згідно з симптомами хвороби: від болю — при-значати анальгетики, при підвищеній температурі — жарозни-жувальні тощо. Звичайно, при застосуванні симптоматичноголікування лікар прагне полегшити самопочуття хворого, частоне враховуючи етіологію і механізм розвитку патологічного син-дрому. Інакше кажучи, якщо симптоматичне лікування дає ефект,воно стає патогенетичним.Патогенетична терапія спрямована на нормалізацію поруше-

них фізіологічних функцій організму. Це один із важливих спосо-бів лікування інфекційних захворювань. Інколи за відсутності

282

етіотропної терапії правильно проведене патогенетичне лікуван-ня є основним, наприклад, при лікуванні більшості вірусних за-хворювань. Важливу роль відіграє патогенетична терапія і прибактеріальних інфекціях. Наприклад, при холері головна ланкапатогенезу — це дегідратація тканин внаслідок дії холерногоекзотоксину, холерогену. Тільки правильно проведена регідра-таційна терапія забезпечує успіх лікування. При цьому не йдеть-ся про просте введення рідини з питтям або парентерально. Накафедрі інфекційних хвороб студенти детально ознайомляться зцим методом лікування, особливо взявши до уваги, що співробі-тники кафедри мають досвід у цій роботі, набутий під час остан-ньої пандемії холери.Етіотропна терапія спрямована на причину хвороби, етіологіч-

ний фактор збудника і продукти його життєдіяльності й розпаду.Специфічна етіотропна терапія — лікування сироватковими пре-

паратами, імунними сироватками й імуноглобулінами, діючоюосновою яких є антитіла. Вони специфічно діють на збудника тайого токсини. З деякими застереженнями до специфічної етіо-тропної терапії можна зарахувати вакцинотерапію. Проте при вак-цинотерапії хронічних захворювань мікробної етіології лікуваль-ний ефект досягається за рахунок як специфічної стимуляції імун-ної системи, так і значного неспецифічного стимулювального ефек-ту. Специфічною етіотропною терапією вважається також фаго-терапія, але нині вона застосовується досить рідко.Неспецифічна етіотропна терапія — лікування антимікробни-

ми препаратами (антибіотики, сульфаніламіди, хімічні препара-ти). Слід звернути увагу на те, що лікування антибіотиками не єметодом специфічної терапії, оскільки немає жодного антибіоти-ка, який впливав би тільки на один вид збудника.При самостійному вивченні окремих тем необхідно звернути

увагу на специфічну етіотропну терапію, тому що антибіотико-терапія застосовується майже при всіх бактеріальних інфекціях.

5. ПРИНЦИПИ ПРОФІЛАКТИКИІНФЕКЦІЙНИХ ЗАХВОРЮВАНЬ

Головний напрямок сучасної медицини — профілактичний.Профілактика інфекційних захворювань проводиться шляхомвпровадження заходів, спрямованих на розрив епідемічного лан-

283

цюга: джерело інфекції — механізм передачі — сприйнятливенаселення. Профілактика може бути специфічною і неспецифіч-ною.Специфічна профілактика проводиться при застосуванні спе-

цифічних препаратів: вакцин, сироваток, фагів. Велике значен-ня має активна імунізація вакцинами. На останній лекції з курсуімунології зазначалося, що вакцинопрофілактика буває плановаі за епідеміологічними показаннями. Перш за все, слід звернутиувагу на знання вакцин, які використовують для планової профі-лактики. Корисно раз і назавжди вивчити календар плановоївакцинації, ухвалений на Україні, це буде корисно не тільки длявивчення нашого предмета, а й надалі.Серопрофілактика в основному застосовується для екстреної

профілактики захворювання у осіб, для яких ризик інфікуваннявисокий. При вивченні кожної теми необхідно звернути увагу назастосування вакцин і сироваток для профілактики захворювань,тому що це є важливим розділом нашої дисципліни.Специфічна профілактика спрямована на розрив епідемічно-

го ланцюга в останній ланці, вона повинна зробити населеннянесприйнятливим до відповідного інфекційного захворювання.Неспецифічна профілактика — це комплекс заходів, однако-

вий для запобігання всім інфекційним захворюванням з однако-вим шляхом передачі. Вона спрямована на всі три ланки епіде-мічного ланцюга.Дія на першу ланку (джерело інфекції) полягає в ранньому ви-

явленні, ізоляції й лікуванні хворих і носіїв. Виявлення хворих —це не тільки діагностика захворювань у пацієнтів, які звернули-ся по медичну допомогу, а й спрямоване планове обстеженнядекретованих контингентів на кишкові інфекції, венеричні захво-рювання, гепатит, СНІД та ін. Ізоляцію виявлених хворих про-водять в інфекційних стаціонарах і вдома, в студентських гур-тожитках (в ізоляторах) тощо. Ізоляцією можна вважати й роз’єд-нання — закриття дитячих закладів на карантин, заборонавідвідування лікарень, відміна масових заходів на час епідемії(наприклад, грипу) тощо. Докладніше весь комплекс заходів, утому числі й при особливо небезпечних інфекціях, буде розгля-нуто на кафедрі епідеміології.Дія на другу ланку ланцюга (механізми й фактори передачі)

проводиться по-різному, залежно від шляху передачі інфекції.Для розриву фекально-орального шляху передачі інфекції важ-ливо забезпечити санітарний контроль за водопостачанням й

284

каналізацією населених пунктів, мережі громадського харчуван-ня, контролювати дотримання санітарно-гігієнічних норм уторгівлі, виробництві харчових продуктів, провести боротьбу зрозповсюдженням мух (своєчасне вивезення сміття, використаннязакритих контейнерів для збору сміття) та ін. Велике значеннямає проведення поточної й заключної дезінфекції. Розрив повітря-но-крапельного шляху передачі можливий за рахунок ізоляції на-селення, застосування марлевих масок, провітрювання й квар-цування повітря приміщень тощо.Трансмісивний шлях передачі розривається у разі знищення

кровососних комах і обробки міcць їхнього розмноження (на-приклад, при малярії, як зазначалося в курсі біології), застосу-ванням засобів, які відлякують комах, сіток на вікнах та ін.Контактний шлях передачі переривається за рахунок дотри-

мання особистої гігієни та санітарії в побуті, застосування пре-зервативів для профілактики передачі венеричних хвороб та ін.Передача інфекції трансплацентарно переривається за рахунокконтролю вагітних на деякі захворювання (сифіліс, СНІД), якіпередаються від матері плоду. Це лише деякі способи неспеци-фічної профілактики, в повному об’ємі цей матеріал вивчатиметь-ся студентами на кафедрі епідеміології.Третя ланка епідемічного ланцюга — сприйнятливе населен-

ня. Його захист від інфікування повинен, у першу чергу, поляга-ти в санітарно-освітній роботі. Людям необхідно повідомити пронесприятливу епідемічну ситуацію через телебачення, радіо, га-зети, санітарні бюлетені в поліклініках, листівки, плакати тощо.Інколи проводять екстрену неспецифічну медикаментозну профі-лактику (антибіотиками, протималярійними препаратами), якапо суті є превентивною терапією певного зараження.Необхідно розуміти, що жодний із заходів профілактики не

забезпечує стопроцентного успіху, тому профілактика має бутикомплексною, щоб використовувались усі можливості специфіч-ної і неспецифічної профілактики.

6. ДІАГНОСТИКА ІНФЕКЦІЙНИХЗАХВОРЮВАНЬ

Мікробіологічна служба в системі практичної охорони здо-ров’я виконує в основному завдання мікробіологічної діагности-

285

ки інфекційних хвороб і неінфекційних захворювань мікробноїетіології. На практичних заняттях студенти вивчають методимікробіологічної діагностики конкретних захворювань з ураху-ванням біологічних властивостей збудника і перебігу хвороб. Налекції буде розглянуто загальні принципи мікробіологічної діаг-ностики та її місце в діагностичній діяльності лікаря.Діагностика інфекційного захворювання, як і будь-якого іншо-

го, розпочинається з анамнезу. Далі йде об’єктивне обстеження(огляд, пальпація, перкусія, аускультація), інструментальне (ви-мірювання температури, ЕКГ, ендоскопічне, рентгенологічне,ультразвукове тощо), клініко-лабораторне (аналізи крові, сечі,калу, біохімічні, цитоскопічні дослідження). Як доповнення доцих методів при визначенні діагнозу інфекційного захворюваннянеобхідно ще врахувати епідемічну обстановку в даний час і вцій місцевості. В районах, ендемічних за певними інфекціями,напрямок діагностичного пошуку буде узгоджуватись з інфор-мацією. Під час епідемії інфекційного захворювання, звичайно,в першу чергу проводитиметься диференціальна діагностика зурахуванням настороженості щодо грипу, черевного тифу, хо-лери. Зрозуміло, що питання про СНІД як можливий діагноз ви-никло тільки тепер, коли стало відомо про епідемічну ситуаціюв світі та в нашій країні.Взагалі застосування згаданих методів діагностики має при-

водити до постановки попереднього діагнозу, призначення ліку-вання, згідно з протиепідемічним режимом. Мікробіологічне до-слідження на цьому етапі не завжди допомагає діагностиці,оскільки воно потребує багато часу, а експресні методи відігра-ють лише допоміжну роль. Тому найчастіше лікування розпочи-нається до визначення точного діагнозу, без використання ре-зультатів мікробіологічних досліджень.Хочу підкреслити, що діагноз захворювання ставить не лабо-

раторія, а лікар-клініцист. Я не хочу применшити значення своєїспеціальності, але важливо розуміти, що відповідальність за пра-вильне ведення хворого лежить на лікарях-практиках. І для ви-значення точного своєчасного діагнозу й призначення адекват-ної терапії необхідно вміло користуватися результатами мікро-біологічних досліджень, знати їх можливості й межі, правильнообирати термін для призначення певного дослідження, вміти зби-рати досліджуваний матеріал і направляти в мікробіологічнулабораторію.

286

Потрібно знати і чітко собі уявляти основні принципи мікро-біологічної діагностики.Надалі, при вивченні окремих інфекцій, ці загальні принципи

будуть використовуватись для кращого розуміння і засвоєнняматеріалу. Особливу увагу слід звертати на основні відмінностідіагностики окремого захворювання від класичних схем мікро-біологічної діагностики. Такий спосіб вивчення навчального ма-теріалу є найефективнішим.Перш за все відмітимо, що єдиною основою для встановлення

мікробіологічного діагнозу інфекційного захворювання є прямечи непряме виявлення в організмі збудника хвороби. Для більшоїнаочності наводимо таблицю основних методів мікробіологіч-ної діагностики бактеріологічних інфекцій (табл. 14.1).Перше виявлення збудника в організмі та його ідентифікація

(визначення видової належності) можна проводити з використан-ням мікроскопічного, бактеріологічного і біологічного методівдіагностики. Необхідно розмежувати терміни «діагностика» й «дос-лідження». Якщо застосовують термін «мікроскопічна діагности-ка», то це означає, що мікробіологічний діагноз встановлюєтьсяна основі мікроскопічного матеріалу від хворого, в цьому матері-алі виявлено збудника в результаті мікроскопії й проведено йогоідентифікацію за морфологічними і тинкторіальними властивостя-ми. Згідно з цим можна оцінити й вірогідність діагнозу. Мікроско-пічне ж дослідження може бути не тільки самостійним методомпостановки діагнозу, а й етапом інших методів дослідження тадіагностики. Наприклад, при бактеріологічному методі діагнос-тики неодноразово проводять мікроскопічне дослідження мазківіз досліджуваного матеріалу, колонії, виділеної чистої культури,але основою діагнозу є виділення культури та її ідентифікація закомплексом властивостей. Рівною мірою, серологічне досліджен-ня може бути етапом ідентифікації виділеної чистої культури, алесерологічна діагностика — самостійний метод діагностики. Згідноз цим визначаються методи діагностики бактерійних інфекцій.Мікробіологічна діагностика починається із взяття досліджу-

ваного матеріалу. Це можуть бути виділення хворого (кал, сеча,мокротиння, гній, вміст слизових оболонок), біопсійний матері-ал (кров, ліквор, шматочки, отримані під час операції або до-слідження тканин), автопсійний матеріал, взятий під час розти-ну трупа. Інколи мікробіологічному дослідженню підлягають об-’єкти навколишнього середовища — вода, їжа, грунт, повітря,матеріал від тварин. Взятий матеріал супроводжується направ-

287

ленням у лабораторію, забезпечується його правильне транс-портування та зберігання.Мікроскопічний метод діагностики — діагностика захворюван-

ня шляхом мікроскопічного виявлення та ідентифікації збудниказа морфологічними й тинкторіальними властивостями.Перевага мікроскопічного методу — швидкість, простота,

доступність, економічність діагностики. Це метод ранньої діаг-ностики, тобто діагноз можна одержати в перші дні хвороби.Швидкість отримання відповіді (не більше години) робить цейметод методом експресної діагностики.

Таблиця 14.1. Основні методи мікробіологічної діагностики

МІКРОБІОЛОГІЧНИЙ ДІАГНОЗгрунтується на виявленні

ЗБУДНИКА

Прямими методами:

МІКРОСКОПІЧНИМ РАННЯ ДІАГНОСТИКАБАКТЕРІОЛОГІЧНИМ (мікроскопічним —

БІОЛОГІЧНИМ ЕКСПРЕСНА)

Методами виявлення специфічних змін в організмі,які спричинені збудником

СЕРОЛОГІЧНИМ ПІЗНЯ (інколи)АЛЕРГІЧНИМ РЕТРОСПЕКТИВНА

Методами виявленняантигенів збудника або його генів:

РІФІФАРІАРПРНРЗНГАРЗК

ПЛР (полімеразналанцюгова реакція)

МГ (молекулярнагібридизація)

ЕКСПРЕСНА

ДІАГНОСТИКА

288

Але великі переваги методу поєднуються з його значними не-доліками. Мікроскопічний метод мало надійний внаслідок низь-кої чутливості й малої точності. Наприклад, щоб виявити па-личку туберкульозу в мокротинні, потрібно щоб її вміст сягав100 000 в 1 мг. Ідентифікація збудника тільки на основі його мор-фологічних і тинкторіальних властивостей у рідких випадках єдостатньою, тому що саме ці властивості, як правило, однаковіу патогенних і споріднених з ними непатогенних мікроорганізмів.Мікроскопічний метод діагностики, як правило, є лише орієн-

товним. Основним він вважається при деяких протозойних інфек-ціях (малярія, амебіаз та ін.), важливим — при гострій формігонореї.Враховуючи переваги мікроскопічного методу, намагаються

підвищити його чутливість за рахунок концентрації мікроор-ганізмів у досліджуваному матеріалі (центрифугування, флота-ція, використання попереднього короткочасного вирощуваннямікроорганізмів у живильних середовищах тощо), застосуваннялюмінесцентної мікроскопії (об’єкти, які світяться, на темномуфоні помітніші, ніж при звичайному забарвленні). Точність діаг-ностики підвищують за рахунок комбінування мікроскопії з се-рологічними реакціями для виявлення та ідентифікації мікроор-ганізмів за їхньою антигенною структурою — застосування ре-акції імунофлюоресценції.Бактеріологічний метод діагностики — це діагностика захво-

рювання шляхом виділення та ідентифікації збудника в чистійкультурі. Цей метод є основним у мікробіологічній діагностиці.Він дає можливість встановити ранній діагноз, чутливий, точ-ний. Завдяки тому, що виділяється чиста культура збудника, ме-тод дає можливість керувати ходом лікування: після виділеннязбудника і визначення його чутливості до антимікробних засобівкоригувати призначення та обирати оптимальну комбінаціюлікарських препаратів, використовувати чисту культуру збудни-ка для виготовлення автовакцини при лікуванні хронічних про-цесів. Завдяки високій чутливості методу результати бактеріо-логічного дослідження є основою для розв’язання питань реабі-літації хворого: тільки після негативних результатів посіву калухворого на черевний тиф можна виписати із стаціонару, вирі-шується питання про дозвіл стати до роботи особам, які працю-ють на харчових підприємствах.При вивченні загальної мікробіології студенти знайомляться

із загальними схемами виділення чистих культур мікроорганізмів

289

та їхньою ідентифікацією за комплексом властивостей. При роз-гляді питань спеціальної медичної мікробіології необхідно пам’я-тати ці схеми, але розуміти, що в знайомому вам вигляді вонипрактично не застосовуються. Щодо діагностики конкретногозахворювання ці схеми змінюються, й такі зміни необхідно взятидо уваги, найпростіше запам’ятовувати, спираючись на особли-вості захворювання і властивості збудника. Наприклад, майженіколи не робиться посів досліджуваного матеріалу на м’ясо-пептонний агар. Для цього використовують диференціально-діаг-ностичні, елективні або спеціальні середовища, інколи матеріалзасівають на збагачені рідкі середовища. Вибір підозрілої ко-лонії рідко грунтується тільки на морфології, мікроскопічномускладі колоній, часто доводиться враховувати характер ростуна диференціально-діагностичних середовищах, ставити реак-цію аглютинації з матеріалом із колонії та ін. Такі особливостізастосування бактеріологічного методу діагностики будуть длястудентів розпізнавальними ознаками, що сприяють кращомузасвоєнню матеріалу не тільки щодо методів діагностики, але йбіологічних властивостей збудника і характеристики захворю-вання.Біологічний метод діагностики (біопроба) — діагностика за-

хворювання шляхом виявлення збудника або його токсину привведенні досліджуваного матеріалу лабораторним тваринам знаступною діагностикою інфекції, що розвивається, біологічноїнейтралізації для ідентифікації виду й серовару збудника та йоготоксину.Цей метод діагностики нині застосовують рідко. Він має певні

обмеження, пов’язані з тим, що далеко не всі збудники хвороблюдини патогенні для тварин, а визначення в організмі людинибактеріальних токсинів таким методом обмежується необхідніс-тю високого вмісту токсину. Як правило, біопробу використову-ють при діагностиці чуми, туляремії, ботулізму, вона є методом,який доповнює пряме виявлення збудника в організмі людини.Використання бактеріологічного методу діагностики дозво-

ляє отримати результат, як правило, протягом 2–3, інколи 4–6 діб, залежно від швидкості росту бактерій, обраної схеми вид-ілення культури й складності методів ідентифікації. Біологічнийметод діагностики дає, як правило, результат протягом однієїдоби або пізніше. Мікроскопічний метод — метод експресноїдіагностики.Названі методи, засновані на прямому визначенні наявності

290

збудника в організмі, забезпечують ранню діагностику інфекцій-ного захворювання в перші дні хвороби. Необхідною умовою дляефективності цих методів є наявність збудника в досліджувано-му матеріалі. Якщо збудник, навіть перебуваючи в організмі, непотрапляє у взятий для дослідження матеріал від хворого, діаг-ностика вказаними методами неможлива. Крім того, аж ніяк незавжди патогенний мікроб, наявний в організмі хворого, є збуд-ником захворювання, що діагностується. Людина може бути здо-ровим мікробоносієм одного збудника, а захворювання у неї спри-чинене іншим збудником. Особливо складно вирішується питан-ня про визначення виявленого в організмі мікроорганізму у ви-падках захворювань, спричинених умовно-патогенними і тими,що вважаються непатогенними, мікроорганізмами. Це буде об-говорюватися при розгляді питань клінічної мікробіології. За-значимо, що одним із доказів етіологічної ролі мікроорганізму єхарактер відповідної реакції імунної системи організму на анти-гени цього мікробу.В комплексній діагностиці інфекційних захворювань важливу

роль відіграють методи непрямого визначення наявності збуд-ника в організмі, що грунтуються на виявленні специфічних змінв організмі, спричинених збудником. Це — серологічна й алер-гічна діагностика.Серологічний метод діагностики — діагностика захворювання

шляхом виявлення в сироватці хворого антитіл до збудника.Серологічна діагностика — це самостійний метод діагности-

ки, тоді як серологічне дослідження використовують для серо-логічної ідентифікації виділеної чистої культури та експресив-ної ідентифікації мікроорганізму в навколишньому середовищі ів організмі. Серологічний діагноз складається із взяття крові,отримання з неї сироватки і визначення в ній титрів антитіл доантигенів можливого збудника за допомогою відомих антигенів— діагностикумів.Критерії серологічного діагнозу:1. Виявлення антитіл до збудника в діагностичному титрі.2. Виявлення діагностичного приросту титру антитіл.3. Виявлення антитіл до збудника, які належать до класу IgM.Нагадаємо, що діагностичний титр — це титр антитіл до мікро-

організму, який зустрічається лише у хворих.Серологічна діагностика дозволяє встановити мікробіологіч-

ний діагноз інфекційного захворювання без безпосереднього ви-явлення збудника, коли це складно або неможливо зробити вумовах лабораторного забезпечення, економічно невигідно або

291

на пізніх етапах захворювання, коли збудник в організмі хворо-го наявний у малій кількості, знаходиться в прихованому стані,не виділяється з організму. Крім того, серологічна діагностикаможе використовуватись для ретроспективної діагностики, колидіагноз ставиться після перенесеного захворювання і звільнен-ня організму від збудника.Алергічний метод діагностики — діагностика хвороби шляхом

виявлення інфекційної алергії до збудника. Цей метод полягає впроведенні внутрішніх шкірних проб або пробіркових реакцій длявиявлення стану сенсибілізації до антигенів збудника за допо-могою діагностичних мікробних алергенів.Алергічна діагностика найчастіше відіграє лише роль додат-

кового методу, тому що не є достатньо специфічною. Найбіль-ше значення має алергічна діагностика при масовому обстеженнінаселення (реакція Манту при туберкульозі, проба Бюрне прибруцельозі, проба з токсоплазміном при токсоплазмозі). Крімтого, алергодіагностика важлива при інфекційно-алергічних за-хворюваннях, спричинених умовно-патогенною мікрофлорою,коли вирішується питання про призначення гіпосенсибілізуючоїімунотерапії.При вивченні спеціальної мікробіології необхідно звертати

увагу на імунну відповідь організму, щоб зрозуміти можливістьзастосування серологічного та алергічного методів діагностикий правильно оцінити результати їх використання.Експрес-діагностика — діагностика захворювання за корот-

кий час, протягом перших годин після взяття досліджуваногоматеріалу.Для експресної діагностики застосовують мікроскопічний ме-

тод діагностики і серологічні методи індикації мікробних анти-генів в організмі. Серед серологічних методів найчастіше вико-ристовують реакцію імунофлюоресценції, реакцію преципітації,РЗНГА. Серологічні реакції широко використовуються сьогоднітакож для експрес-діагностики інфекційних захворювань шля-хом виявлення в організмі антигенів збудника. Найчастіше прибактеріальних інфекціях застосовують РІФ та РП. Iмуно-ферментний та радіоімунний аналіз, РЗНГА та РЗК при бактер-іальних інфекціях поки що використовують рідше, ніж при вірус-них.Необхідно підкреслити, що жоден із методів мікробіологічної

діагностики не дає стопроцентного результату. Успіх діагности-ки залежить від комплексного дослідження із застосуванням яко-мога більшої кількості методів і способів.

292

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Авакян А. А., Быковский А. Ф. Атлас анатомии и онтогенезавирусов человека и животных. — М.: Медицина, 1970. — 272 с.

2. Адо А. Д. Общая аллергология. — М : Медицина, 1978. — 464 c.

3. Антитела: Методы. — Кн. 1: Пер. с англ. / Под ред. Д. Кэтти.— М.: Мир, 1991. — 288 c.

4. Вершигора А. Е. Общая иммунология. — К.: Вища шк., 1990. —736 c.

5. Микробиология / А. А. Воробьев, А. С. Быков, Е. П. Пашков,А. М. Рыбакова. — М.: Медицина, 1998. — 336 с.

6. До історії розвитку мікробіології в Україні / Під ред. В. П. Ши-робокова. — К.: Нац. мед. ун-т ім. О. О. Богомольця. — 200 с.

7. Иммунология / Под ред. У. Пола: Пер. с англ. — В 2-х т. —Т. 2. — М.: Мир, 1988. — 389 c.

8. Иммунология инфекционного процесса: Рук-во для врачей / Подред. В. И. Покровского, С. П. Гордиенко, В. И. Литвинова. — М.:Медицина, 1994. — 308 c.

9. Коротяев А. И., Бабичев С. А. Медицинская микробиология,иммунология и вирусология: Учебник. — СПб.: Спец. литература,1998. — 592 с.

10. Котлинский С. А., Симбирцев А. С., Воробьев А. А. Эндогенныеиммуномодуляторы. — СПб.: Гиппократ, 1992. — 256 c.

11. Кохан І. Імунологія: Підручник. — К.: Торонто: Кобза, 1994.— 442 с.

12. Кресюн В. И., Бажора Ю. И., Рыбалова С. С. Клиническиеаспекты иммунофармакологии. — Одесса, 1993. — 208 c.

13. Медицинская микробиология / Под ред. В. И. Покровского,О. К. Поздеева. — М.: ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1998. — 1200 с.

14. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология / Подред. Л. Б. Борисова, А. М. Смирнова. — М.: Медицина, 1994. — 528 c.

15. Месробяну Л., Пэунеску Э. Физиология бактерий. — Бухарест:Меридиане, 1963. — 808 с.

293

16. Общая микробиология / Под ред. А. Е. Вершигоры. — К.: Вищашк., 1988. — 343 с.

17. Пальцев М. А., Иванов А. А. Межклеточные взаимодействия. —М.: Медицина, 1995. — 264 c.

18. Петров Р. В. Иммунология. — М.: Медицина, 1982. — 368 c.

19. Плейфэр Дж. Наглядная иммунология: Пер. с англ. — М.:ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1998. — 96 с.

20. Прикладная иммунология / Под ред. А. А. Сохина и Е. Ф. Чер-нушенко. — К.: Здоров’я, 1984. — 320 c.

21. П’яткін К. Д., Кривошеїн Ю. С. Мікробіологія. — К.: Вища шк.,1992. — 432 c.

22. Пяткин К. Д., Кривошеин Ю. С. Микробиология. — К.: Вищашк., 1981. — 512 c.

23. Ройт А. Основы иммунологии: Пер. с англ. — М.: Мир, 1991.— 328 c.

24. Ситник І. О., Климнюк С. І., Творко М. С. Мікробіологія,вірусологія, імунологія: Підручник. — Тернопіль: Укрмедкнига, 1998.— 392 с.

25. Тимаков В. Д., Левашев В. С., Борисов Л. Б. Микробиология. —М.: Медицина, 1983. — 312 c.

26. Уилсон Д. Тело и антитело: Пер. с англ. — М.: Мир, 1974. —312 c.

27. Шлегель Г. Общая микробиология: Пер. с нем. — М.: Мир, 1987.— 567 с.

28. Ananthanarayan R., Jayaram Paniker C. K. Textbook ofMicrobiology. Fifth Edition. — Orient Longman, 1997. — 612 p.

29. Medical Microbiology / Edited by D. Greenwood, R. C. B. Slack,J. F. Peutherer. — ELBS with Churchill Livingstone, 1995. — 827 p.

30. Medical Microbiology / P. R. Murray, K. S. Rosenthal, G. S. Ko-bayashi, M. A. Pfaller. — Mosby, 1997. — 720 p.

31. Pelczar M., Chan E. C. S., Krieg N. R. Microbiology. Conceprs andapplications. — McGRAW–HILL, INC., 1993. — 896 p.

32. Mechanisms of microbial disesase / Edited by Schaechter M., Medoff G.,Schlessinger D. — Williams & Wilkins, 1993. — 860 p.

33. Topley & Wilson’s Principles of Bacteriology, Virology andImmunity, 8-th edition, 1990 / Vol. 1. General Bacteriology and Immunity.— 468 p. — Vol. 4. Virology. — 719 p.

294

ЗМІСТ

ПЕРЕДМОВА ........................................................................................ 7

Лекція I. ПРЕДМЕТ І ЗАВДАННЯ МІКРОБІОЛОГІЇ,ВІРУСОЛОГІЇ ТА ІМУНОЛОГІЇ. ІСТОРИЧНИЙНАРИС РОЗВИТКУ МІКРОБІОЛОГІЇ ............................ 8

Вступ ............................................................................................ 8Історичний огляд розвитку медичної мікробіології ................. 12Розвиток мікробіології, вірусології та імунології в Україні .... 21

Лекція II. ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ КЛАСИФІКАЦІЇМІКРООРГАНІЗМІВ. МОРФОЛОГІЯ БАКТЕРІЙ ....... 33

Основні принципи класифікації мікроорганізмів .................... 33Морфологія бактерій .................................................................. 39Ультраструктура бактерій ........................................................ 41Тинкторіальні властивості бактерій ......................................... 58

Лекція III. ФІЗІОЛОГІЯ БАКТЕРІЙ ................................................. 62

Поняття про фізіологію мікроорганізмів ................................... 62Живлення бактерій ..................................................................... 63Дихання бактерій ....................................................................... 64Ферменти бактерій ...................................................................... 67Культивування бактерій ........................................................... 68Ріст і розмноження бактерій ....................................................... 71Культуральні властивості бактерій .......................................... 74Продукти життєдіяльності бактерій ......................................... 75Роль мікроорганізмів у кругообігу речовин у природі ........... 76Некультивовані форми бактерій ............................................... 78

Лекція IV. ГЕНЕТИКА МІКРООРГАНІЗМІВ ................................. 79

Розвиток вчення про генетику мікроорганізмів ...................... 79Класифікація форм мінливості мікроорганізмів ....................... 80Основні поняття генетики мікроорганізмів .............................. 83Організація генетичного матеріалу бактерій .......................... 87Мутаційна й адаптивна форми мінливостімікроорганізмів ............................................................................ 89Комбінативна форма мінливості ............................................... 92Практичне значення генетики мікроорганізміві генна інженерія в медичній мікробіології ................................ 93

295

Лекція V. УЧЕННЯ ПРО ІНФЕКЦІЮ .............................................. 96Визначення предмету вчення про інфекцію .............................. 97Поняття про збудник інфекційного захворювання .............. 100Патогенність, вірулентність ..................................................... 101Фактори вірулентності ............................................................. 102Динаміка інфекційного процесу .............................................. 106Форми інфекції. Їхня характеристика ..................................... 107Еволюція мікробного паразитизму. Походженняпатогенних мікроорганізмів ..................................................... 112

Лекція VI. ВИДИ ТА ФОРМИ ІМУНІТЕТУ. ІМУННА СИСТЕМАОРГАНІЗМУ. ФAКТОРИ НЕСПЕЦИФІЧНОГОЗАХИСТУ ТА ІМУНОЛОГІЧНА РЕАКТИВНІСТЬ ....114

Визначення основних понять імунології ................................. 115Історичний нарис розвитку імунології .................................... 117Імунна система організму .........................................................119Види імунітету ............................................................................ 121Понятті про клітинні, гуморальні та функціональнімеханізми захисту як єдину системунесприйнятливості .................................................................... 123Неспецифічні фактори захисту та імунна реактивність ....... 129

Лекція VII. АНТИГЕНИ. АНТИТІЛА .............................................. 133

Антигени. Гаптени ................................................................... 133Умови антигенності .................................................................. 134Властивості антигенів .............................................................. 135Антигени мікробних клітин ..................................................... 137Антигени тваринних тканин .................................................. 138Структура антитіл. Класи імуноглобулінів .......................... 139Природні антитіла .................................................................... 143

Лекція VIII. БІОЛОГІЯ ІМУННОЇ ВІДПОВІДІ ............................ 145Феноменологія імунної відповіді ............................................. 145Регуляція імунної відповіді ...................................................... 149Ідіотип-антиідіотипові взаємодії ............................................ 150Клітинні основи імунної відповіді ........................................... 152Клітинний імунітет ................................................................... 159Цитокіни .....................................................................................161Субпопуляції Т- і В-клітин ...................................................... 167Натуральні кілери .................................................................... 170

Лекція IX. ТЕОРІЇ ІМУНОГЕНЕЗУ. РЕАКЦІЇ«АНТИГЕН – АНТИТІЛО»............................................. 172

Варіанти клітинних взаємодій в імуногенезі ......................... 172Перші теорії імуногенезу .......................................................... 173Інструктивні і селективні теорії ............................................... 173

296

Клонально-селекційна теорія Бернета ................................... 174Теорія П. Ф. Здродовського ..................................................... 176Взаємодія імунної, ендокринної та нервової систем .............. 176Загальна характеристика реакцій антиген – антитіло ....... 178Серологічні реакції .................................................................... 179Застосування серологічних реакцій у діагностиці ................ 191

Лекція X. АЛЕРГІЯ ............................................................................. 194Загальна характеристика алергії та її значенняв патології людини ................................................................... 194Визначення понять. Короткий історичний нариспро алергію ................................................................................ 195Класифікація алергічних реакцій за Кумбсом і Джелом ...... 196Класифікація алергічних реакцій негайногой уповільненого типів .............................................................. 196Характеристика алергічних реакцій І–ІІІ типів ................... 199Алергічні реакції ІV типу ......................................................... 207Інфекційна алергія .................................................................... 209Роль алергії в імунітеті .............................................................. 210

Лекція XI. ІМУНОТЕРАПІЯ ТА ІМУНОПРОФІЛАКТИКА .......211

Задачі прикладної імунології ................................................... 211Вакцини ..................................................................................... 212Нові підходи до створення вакцин ......................................... 215Вакцинопрофілактика і вакцинотерапія ............................... 219Сироваткові препарати ........................................................... 221Серотерапія та серопрофілактика ........................................... 222Діагностичні імунопрепарати ................................................. 222Моноклональні антитіла ......................................................... 224

Лекція XII. ПРЕДМЕТ І ЗАВДАННЯ МЕДИЧНОЇ ВІРУСОЛОГІЇ.ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ВІРУСІВ ................. 227

Вступ .......................................................................................... 227Історичний нарис розвитку вірусології .................................. 228Склад і ультраструктура вірусів ............................................ 229Репродукція вірусів ................................................................... 236Кардинальні особливості вірусів ............................................ 243Принципи культивування вірусів .......................................... 244Принципи класифікації вірусів ............................................... 245Природа і походження вірусів ................................................. 247

Лекція XIII. ОСОБЛИВОСТІ ІНФЕКЦІЇ ТА ІМУНІТЕТУПРИ ВІРУСНИХ ЗАХВОРЮВАННЯХ ....................... 250

Інфекційні властивості вірусів ................................................. 250Особливості вірусних інфекцій ................................................ 251Повільні вірусні інфекції ........................................................... 256

297

Імунітет при вірусних інфекціях .............................................. 259Імунопрофілактика вірусних захворювань .......................... 267Хіміопрофілактика та хіміотерапія вірусних захворювань . 269

Лекція XIV. ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ, ВІРУСОЛОГІЯТА ІМУНОЛОГІЯ ЯК ОСНОВА ДЛЯ ВИВЧЕННЯСПЕЦІАЛЬНОЇ МЕДИЧНОЇ МІКРОБІОЛОГІЇ ..... 274

Вступ до спеціальної медичної мікробіології .......................... 274Принципи самостійного вивчення спеціальноїмедичної мікробіології ............................................................... 276Вивчення питань патогенезу інфекційних захворювань ..... 279Принципи терапії інфекційних захворювань ........................ 281Принципи профілактики інфекційних захворювань ........... 282Діагностика інфекційних захворювань ................................. 284

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ ................................................................... 292

298

ÁiáëiîòåêàÁiáëiîòåêàÁiáëiîòåêàÁiáëiîòåêàÁiáëiîòåêàñòóäåíòà-ìåäèêàñòóäåíòà-ìåäèêàñòóäåíòà-ìåäèêàñòóäåíòà-ìåäèêàñòóäåíòà-ìåäèêà

Провідний редактор серіїВ. М. Попов

Художнє оформлення серіїО. А. Шамшуріна

Навчальне видання

П. З. Протченко

ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ,ВІРУСОЛОГІЯ ТА ІМУНОЛОГІЯ

Навчальний посібник

Провідний редактор В. М. ПоповРедактор Т. М. Ананьєва

Художній редактор О. А. ШамшурінаТехнічний редактор А. А. Шипіцин

Коректор О. М. Фащевська

Підп. до друку 28.01.2002. Формат 60х84/16.Папір офсетний. Гарн. Таймс. Друк різографічний. Ум. друк. арк. 17,67.

Обл.-вид. арк. 22,0. Тираж 1000. Зам. 325.

Одеський державний медичний університет.65026, Одеса, Валіховський пров., 2.