Увреждане на клетката от микроорганизми

Как протича динамичното равновесие м/у макроорганизмите с микроорганизмите от околната среда?

Макроорганизмите съществуват в динамично равновесие с микроорганизмите от околната среда, което протича като:

  • Симбиоза – билогично съжителство, от полза за всеки от организмите
  • Коменсализъм – микроорганизмите ползват продуктите на макроорганизма, но не го увреждат
  • Паразитизъм – микроорганизмите увреждат клетките и тъканите и водят до заболявания на организма

От какво се определят взаимоотношенията?

Тези взаимоотношения се определят от:

  • количеството и вътрешните фактори на микроорганизмите
  • пътя на проникване и разпространението им в организма
  • възпалителната реакция и състоянието на имунния апарат на микроорганизма

Посочените фактори допускат нарушаване на равновесието в полза на микроорганизмите, при което от симбионти и коменсали те могат да се превърнат в паразити, тоест в патологични агенти.

Какви видиве са известни патогенни микроорганизми?

Известни са следните видове патогенни микроорганизми:

  • Безклетъчни
  • Приони – протеинови инфекциозни частици, които не съдържат нуклеинова киселина, но са способни да се възпроизвеждат интрацелуларно.

Вируси /лат. virus – отрова/ – невидими със светлинен микроскоп. Те се състоят от център /нуклеоид/, съдържащ молекули ДНК и РНК , които са опаковани в белтъчна капсула(капсид).

Вирусите могат да се размножават само в клетката-хазяин, като използват за тази цел генетичните й механизми и ги нарушават. Вирусната ДНК може да има едно- или двуверижна организация. Едноверижните ДНК – вируси се възпроизвеждат с помощта на междинна репликативна форма на ДНК. Някои туморни РНК – вируси се репликират с участие на фермента обратна транскриптаза, която превръща веригата на проникващата в клетката РНК в комплектарна ДНК. Те се наричат ретровируси.

Като облигатни вътреклетъчни паразити вирусите зависят от клетъчния метаболизъм, но могат и да го променят, причинявайки заболявания, които протичат:

  • остро с непълна вирусна репликация или грип
  • латентно – реактивиране след дълги безсимптомни периоди както е херпес зостер – вирусна инфекция
    хронично, вирионите се синтезират непрекъснато, без увреждане на клетъчната функция на пример при хепатит В

Някои от увреждане на клетката от микроорганизми могат да бъдат стереотипни за голяма група вируси, но е възможно в зависимост от възрастта и имунния статус на организма един и същи вирус да води до различни клетъчни увреждания.

Бактериите са предядрени клетъчни форми. Те са не само навсякъде в обкръжаващата ни среда, но и в човешкото тяло. По кожата на здравия човек се намират около 1012 бактерии, а в стомашно-чревния тракт – 1014, почти всички – анаероби.

Външният слой на бактериалната клетъчна обвивка се нарича клетъчна стена. При грам-негативните бактерии тя е съставена от два двуслойни фосфолипидни пласта, между които се намират пептидогликани. При грам-позитивните форми липсва външен фосфолипиден пласт. Вътрешният слой на бактериалната обвивка е цитоплазмената мембрана. Тя обгражда компактно цитоплазмено пространство, което съдържа ДНК, РНК, белтъци и малки молекули. Нуклеотидите са открити късно, заради трудното им визуално разграничаване от цитоплазмената РНК.

Бактериите се размножават чрез просто деление екстрацелуларно /пневмококи/ или смесено – екстра- и интрацелуларно /туберкулозен микобактерий/. При неблагоприятни условия /включително и антибиотичното лечение/ оцеляват щамовете, способни на най-бързо размножаване. Това от една страна се дължи на огромното количество на тези микроби, а от друга – бързото делене дава възможност за спонтанни мутации и по пътя на естествения подбор води до по-голяма приспособимост на тези популации.

Хламидии, рикетсии и микоплазми представляват група микроорганизми, които се отличават от бактериите по съществени структурни или метаболитни особености. Например, микоплазмите нямат клетъчна стена, а хламидиите не синтезират аденозинтрифосфат.

Гъбичките са аеробни безхлорофилни еукариотни микроорганизми с дебели ергостерол-съдържащи стени. Вегетативните им форми са изградени от разклонени нишки. В макроорганизма те се размножават вегетативно или чрез образуване на устойчиви безполови спори.

Клетките и тъканите се уврежда и от високо диференцирани многоклетъчни организми – червеи и ектопаразити, които предизвикват многообразни възпалителни реакции. Реакцията спрямо техните микроскопски форми /яйца и ларви/ е по-тежка, отколкото към възрастните форми и е правопропорционална на броя на паразитите в човешкия организъм.

Освен с пренасянето на микроорганизми, ухапванията от ектопаразити водят до внасяне на екзогенни токсични продукти. Това важи особено за ухапванията от змии. Тези отрови също причиняват клетъчни увреждания /хемолитична анемия от змийска отрова/ и реакции на свръхчувствителност на организма.

Инфекциите често са свързани с увреждане на клетката от микроорганизми. Вирулентността на микроорганизмите и индуцирането на възпаление зависи от способността им да се реплицират в човешкото или животинското тяло и да унищожават клетъчните структури. По време на растежа и размножаването микроорганизмите могат да произвеждат и освобождават различни екзотоксини, които са силни увреждащи агенти. Други микроорганизми, след унищожаване или лизиране, освобождават токсини, известни като ендотоксини. Терминът „ендотоксин“ обикновено се използва за термостабилен полизахариден токсин, здраво свързан с бактериалната клетка, за разлика от термолабилния протеин „екзотоксин“, секретиран във външната среда.
Ендотоксинът (липолизахарид) е отговорен за много патофизиологични симптоми, наблюдавани по време на грам-отрицателни бактериални инфекции. Те включват пирогенност (способността да предизвика повишаване на телесната температура), промени в броя на циркулиращите левкоцити (левкоцитопения, левкоцитоза), активиране на комплемента, активиране на макрофаги, агрегация на тромбоцитите, повишаване на капилярната пропускливост и други. В допълнение, ендотоксина индуцира имунен отговор.

Прилагането или освобождаването на по-висока доза ендотоксин може да доведе до смъртоносен шок. Всички тези биологични активности се медиират чрез ендогенен медиатор – тумор некрозисфактор-а (TNF-a).

Освобождаването на токсините в заобикалящата среда, независимо от това кога се освобождават, води до нарушаване на метаболитните пътища в еукариотния приемник. Тези метаболитни пътища включват увреждане на клетъчните мембрани, нарушаване на протеиновия синтез, инхибиране на освобождаването на невротрансмитери или активиране на имунната система на гостоприемника. Механизмите на действие, при които токсините нарушават еукариотните клетъчни процеси, зависят от целта.
Например, бактериите Listeria monocytogenes, асоциирани с хранителни заболявания, се насочват специално към холестерола чрез продуциране на пори – образуващ токсинов белтък, листериолизин О. Този екзотоксин засяга вътреклетъчните процеси и създава нерегулирани пори в клетъчните мембрани на гостоприемника. Друг пример за екзотоксин включва ентеротоксин, произведен от бактерията Staphlycoccus aureus. Той може да произвежда стафилококов ентеротоксин В, свързан с чревни заболявания, който насърчава активирането на имунната система.

При активиране на имунната система освобождаването на големи количества цитокини, свързани с възпаление молекули, причинява значително възпаление. Накрая, пример за ендотоксин включва протеиновия липополизахарид, продуциран от грам-отрицателни бактерии. Липополизахаридът е компонент на външната мембрана на бактериите и насърчава структурната цялост. При унищожаване на мембраната чрез имунен отговор липополизахарида се освобождава и действа като токсин.
Въпреки това бактериалните токсини понастоящем служат като нови източници за потенциално разработване на лекарства. Показано е, че токсините проявяват противоракови характеристики и отново се борят с микробиалната вирулентност. Изследването на токсините като потенциални лекарствени средства понастоящем е в ход.

Микотоксините са класове токсини, продуцирани от гъбички. Микотоксините са многобройни и производството на специфичен микотоксин не се ограничава до един специфичен вид. Микотоксините са вторични метаболити, които са токсични за хората и се получават от гъбички. Съществуват различни видове микотоксини, включително, но без да се ограничават до, афлатоксини, охратоксини, цитринин и алкалоиди на ерготамините.

Афлатоксините са вид микотоксин, който се произвежда от определени щамове на гъбички от Aspergillus. Афлатоксините са допълнително разбити на типове: AFB1, AFB2, AFG1 и AFG2. Тези щамове присъстват в широк спектър от селскостопански стоки, свързани с тропически и субтропични зони. Тези стоки включват видове фъстъци и царевица. Най-мощният токсин е AFB1 и е свързан с канцерогенни ефекти.

Охратоксинът е вид токсин, продуциран от вида Penicillium и Aspergillus. Охратоксините по-нататък се класифицират в типове А, В и С и се различават по структура. Охратоксините са показали канцерогенни свойства и често се намират в напитки като бира и вино, тъй като гъбичните видове, които произвеждат охратоксини, често се намират в растенията, използвани за производството на тези продукти.

Цитрининът е микотоксин, който е изолиран в многобройни видове както Penicillium, така и Aspergillus. Много от тези гъбични видове се използват в хранителната промишленост и често се срещат в храни, включително сирене, пшеница, ориз, царевица и соев сос. Известно е, че цитринът функционира като нефротоксин, което показва, че има токсични ефекти върху бъбречната функция.

Ерго алкалоидите са специфични съединения, които се произвеждат като токсични алкалоиди в Claviceps, група от гъби, свързани с треви, ръж и сродни растения. Болестта, причинена от поглъщането на тази гъбичка, се нарича ерготизъм. Ерготипът се характеризира с вредни ефекти върху васкуларната система, в частност, включващи вазоконстрикция на кръвоносни съдове, водещи до гангрена, и евентуално загуба на крайниците, ако не се лекуват. Освен това ерготизмът може да се появи като халюцинации и гърчове като ерготаминови алкалоиди, насочени към централната нервна система. Поради действието на ерготалните алкалоиди на съдовата система те са били използвани за медицински цели.

Вирусите не произвеждат екзотоксини или ендотоксини. Те са типични вътреклетъчни паразити и използват клетки за собствена репликация. По време на това се наблюдава увреждане на клетъчните структури, водещи до смъртта на клетките. Освен това вирусите могат да бъдат отговорни за туморната трансформация на клетките.

По време на имунния отговор, клетките могат да бъдат увредени от ефекторни клетки и молекули, участващи в имунните механизми. От тази гледна точка те се считат за имунопатологични реакции. Те включват:

  • Незабавни алергични анафилактични реакции, медиирани от IgE антитела (реактиви)
  • Цитотоксични реакции – при които комплементът се активира от IgG или IgM антитела, реагиращи с антигени на самостоятелни клетки и структури (автоантигени), които незабавно увреждат прицелните клетки и околните тъкани.
  • Реакции на вида имунен комплекс – системата на комплемента се активира и от имунните комплекси. По време на активирането се образуват хемотактични фактори, които привличат гранулоцити в областта на възпалението. Неутрофилите унищожават целевите клетки чрез освободени лизозомни ензими, особено от протеинази и свободни радикали на кислорода.
  • Реакции на забавена или клетъчно-медиирана свръхчувствителност – специфична субпопулация на Т-лимфоцити и няколко цитокини се отчита в тези процеси.

Цитотоксични реакции, повлияващи функцията на клетъчните рецептори. Те също са медиирани от автоантитела, които могат да имат функция на агонисти или антагонисти. Следователно, автоантителата могат патологично да стимулират и / или да блокират предаването на специфичен сигнал през рецептора.
От това следва, че увреждане на клетката от микроорганизми след възпалителната реакция може да бъде полезно или вредно. Полезните дейности включват:

  • унищожаване на увреждащи и инфекциозни агенти и тяхното отстраняване от мястото на възпаление
  • ограничаване на разпространението на нараняващи фактори
  • стимулиране на специфичния имунен отговор
  • помощ при лечебния процес

Към вредните възпалителни реакции принадлежат автоимунни и други имунопатологични процеси.

Автор: д-р Теодора Тотева-Петкова