МІКОПЛАЗМИ ВСТУП
МІКОПЛАЗМИ: ВСТУП
Інтерес дослідників до мікоплазм визначається, з одного боку, унікальністю біології цих дрібних прокаріотів, в структурній організації яких присутні риси, характерні для клітин вищих еукаріотів, а з іншого - пов'язаний з практичною необхідністю. Багато мікоплазм - збудники хвороб людини, тварин, рослин. При цьому той самий вид мікоплазм може колонізувати клітини людини, тварин і рослин.
Мікоплазмові контамінації клітинних культур, що використовуються в наукових дослідженнях, можуть призводити до хибної інтерпретації експериментальних даних, оскільки мікоплазми можуть впливати практично на будь-який параметр клітини in vitro.
У дев'ятому виданні Визначника бактерій Берги всі прокаріоти розподілені за групами, які не мають таксономічного статусу.
Група 10 – мікоплазми. До них відносяться форми, у яких відсутня клітинна стінка. Таксономічна значущість цієї ознаки дозволила всі прокаріоти, що не мають клітинної стінки, виділити в групу, надавши їй ранг відділу (табл. 13). У дев'ятому виданні Визначника бактерій Берги мікоплазми віднесені до відділу Tenericutes, класу Mollicutes, порядку Mycoplasmatales (від грец. myce – гриб; plasma – плазма).
Відсутність ригідної клітинної стінки спричинило ряд морфологічних, культуральних, цитологічних особливостей, властивих цим мікроорганізмам. Їх характерний яскраво виражений поліморфізм. У культурі одного виду можна одночасно виявити великі кулясті тіла, дрібні зерна, клітини еліпсоподібної, дископодібної, паличкоподібної та ниткоподібної форми. Останні можуть розгалужуватися, утворюючи структури, подібні до міцеліальних. Для мікоплазм описані різні способи розмноження: бінарний поділ,фрагментація великих тіл і ниток, процес, подібний до брунькування.
У культурах мікоплазм виявлено форми з найменшими відомих клітинних мікроорганізмів розмірами. Тому ймовірно, саме мікоплазми можна вважати найбільш простими системами, що самостійно відтворюються. За проведеними підрахунками теоретично найменша структурна одиниця, здатна до самостійного відтворення на штучному середовищі, не може мати розміри менше, ніж сферичне тіло діаметром 0,15-0,20 мкм або нитка довжиною приблизно 13 мкм і приблизно 20 нм діаметром. Всі ці структури зустрічаються в культурах мікоплазм і, ймовірно, можуть розглядати як життєздатні форми, що репродукуються. За обсягом генетичної інформації, що міститься в геномі, мікоплазми займають проміжне положення між Е. coli та Т-фагами.
Відсутність клітинної стінки призвела до розвитку у мікоплазм більш стабільної та еластичної ЦПМ порівняно з ЦПМ бактеріальних протопластів. Важлива роль у забезпеченні цих властивостей належить, мабуть, холестерину - основному компоненту мембранних ліпідів паразитичних мікоплазм. Більшість відомих мікоплазм для зростання потребує екзогенного холестерину та інших стеринів. Відносно недавно були виявлені види, що не вимагають зростання екзогенних стеринів. Ця відмінність покладена в основу поділу порядку Mycoplasmataceae на сімейства Mycoplasmataceae і Spiroplasmataceae, в яких об'єднані стеринзалежні мікоплазми, і Acholeplasmataceae, куди увійшли види, що не вимагають зростання екзогенних стеринів. Відсутність клітинної стінки обумовлює ще одну відмінну особливість мікоплазм - їх нечутливість до антибіотиків, що специфічно діють на еубактеріальну клітинну стінку, і в першу чергу до пеніциліну та його аналогів.
Мікоплазми (особливо після виявлення вільноживучих видів) є групою, надзвичайно різноманітною з точки зору фізіолого-біохімічних особливостей. Ці прокаріоти можуть зростати на штучних середовищах різного ступеня складності (від простих мінеральних середовищ до складних органічних) або тільки всередині організму-господаря, з чого можна зробити висновок, що діапазон їх біосинтетичних здібностей дуже широкий. Різноманітні та способи одержання мікоплазмами енергії. Серед них описані види, що одержують енергію за рахунок окислення або зброджування органічних сполук (моно- та полісахаридів), а також, можливо, окислення неорганічних сполук заліза. Описані мікоплазми, які є строгими аеробами та облігатними анаеробами.
Якщо раніше вважали, що мікоплазми - в основному форми, що паразитують на людині та вищих тварин, то тепер уявлення про способи існування та поширення цієї групи прокаріотів у природі значно розширено. Мікоплазми знаходять у ґрунті та стічних водах, вони виділені з кам'яного вугілля та гарячих джерел. Крім вільноживучих форм, здатних рости як на чисто мінеральних середовищах, так і сапрофітно, описані мікоплазми, що існують у різних симбіотичних асоціаціях з бактеріями, нижчими грибами, рослинами, птахами, вищими тваринами та людиною. Форми симбіозу також різноманітні. Іноді це, ймовірно, комменсалізм, у більшості випадків – типовий паразитизм. Багато паразитичних форм мікоплазм патогенні. Вони є збудниками захворювань рослин, тварин та людини, наприклад, Mycoplasma pneumoniae – збудник гострих респіраторних захворювань та пневмоній у людини.
Представники сімейства Mycoplasmataceae - хемоорганогетеротрофи, що характеризуються високими потребами в поживнихречовин. Енергетичний метаболізм ферментативного чи окисного типу. Використання глюкози відбувається по гліколітичному шляху. У мікоплазм, що здійснюють повне окислення енергетичного субстрату, виявлено функціонуючий ЦТК та ланцюг переносників електронів.
До складу сімейства Acholeplasmataceae входить один рід Achokplasma, що налічує 8 видів стерінозалежних мікоплазм. Найбільш добре вивчена Achokplasma laidlawii – перша сапрофітна мікоплазма, виділена у 1936 р. зі стічних вод Лондона. Нині у складі роду об'єднані вільноживучі сапрофітні мікоплазми, мікоплазми-паразити ссавців та птахів; деякі з них, можливо, патогенні.
У третє сімейство Spiroplasmataceae виділено мікоплазми, схожі з такими сімейства Mycoplasmataceae, але що відрізняються своєрідною морфологією: на стадії зростання серед різноманітних форм переважають спіралеподібні нитки. З листя цитрусових рослин виділено Spiroplasma citri. Особливістю її будови є зовнішній шар, що часто виявляється на мембрані, який, можливо, являє собою модифіковану клітинну стінку або структуру, що дуже нагадує останню.
В організмі людини та тварин мікоплазми можуть викликати гострі респіраторні та урогенітальні інфекції, що зумовлюють обтяжений акушерський анамнез (у тому числі патологію та внутрішньоутробну загибель плода), активувати багато вірусів, у тому числі онкогенних та ВІЛ, сприяти розвитку імунопатології. Пригнічення мікоплазмових інфекцій становить проблему. При правильному доборі антибіотиків розвиток мікоплазмових інфекцій людини можна придушити, але антибіотикотерапія, що призводить до клінічного благополуччя, не обов'язково забезпечує видалення збудника з організму. Під впливом факторів, що послаблюютьімунний статус організму, мікоплазми можуть знову активуватись. Крім того, селективний тиск антибіотиків сприяє розмноженню штамів мікоплазм, стійких до цих антибіотиків.
Успішна реалізація геномних проектів дозволила значною мірою наблизитися до можливості опису метаболізму найдрібнішої клітини, що самореплікується, в термінах молекулярної біології - мети програми, запропонованої американським дослідником Дж. Моровитцем в 1984 р. Майже півстоліття тому щодо мікоплазм як примітивних форм життя була. Малий розмір геному обумовлює обмежені біосинтетичні можливості мікоплазм і залежність їх від вищих організмів. Компактність геному мікоплазм відбиває паразитичний спосіб життя. Можливість використання "готових" компонентів метаболізму, ймовірно, сприяла втраті в процесі еволюції мікоплазм генів, що кодують ферменти багатьох асиміляційних процесів.
Виконання геномних проектів внесло істотний внесок у розуміння біології мікоплазм та уявлення про еволюцію цих мікроорганізмів. Наразі отримано генетичне обґрунтування того, що мікоплазми є гілкою грампозитивних бактерій. Вони утворилися у процесі регресивної еволюції, пов'язаної з редукцією геному.
Ухвалена в даний час систематика мікоплазм поки лише частково заснована на сучасних уявленнях про філогенію цих мікроорганізмів. Подальші дослідження структури геномів різних представників класу Mollicutes повинні вирішити питання про перегрупування існуючих таксонів.
У процесі еволюції та адаптації до паразитичного способу життя мікоплазми знайшли механізми фенотипічної пластичності, спрямовані на подолання імунного контролю ворганізм хазяїна. Молекулярні основи цих механізмів пов'язані з наявністю в геномі мікроорганізмів високомутабільних модулів, що забезпечують варіабельність структури поверхневих білків. Значна частина геному мікоплазм кодує білки, що визначають процеси адгезії та антигенної варіабельності. За відсутності клітинної стінки та периплазматичного простору основну масу плазматичної мембрани мікоплазм становлять ліпопротеїни. Ці поверхневі компоненти є головними антигенами мікоплазм. Можливість змінювати поверхневих антигенних детермінант (внаслідок високочастотної варіації довжини відповідних генів та їх перемикання) дозволяє мікоплазмам уникати атаки антитіл та уникати впливу імунної системи господаря.
Взаємодія мікоплазми з імунною системою може призводити до розвитку глибоких патологічних процесів в організмі. Мікоплазми мають здатність імуномодуляції і можуть як стимулювати, так і супресувати реакції імунної системи. Подібні процеси можуть виникати через безпосередній вплив мікоплазм на імуноцити, а також внаслідок індукції ними різного спектру цитокінів. У деяких мікоплазм виявлені мітогенні компоненти.
Мікоплазми віднесені до умовно-патогенних мікроорганізмів, які викликають головним чином латентні інфекції. Для цих інфекцій характерний хронічний перебіг, причому зникнення симптомів інфекції не означає елімінації мікоплазм з організму. Наслідком перенесеної мікоплазмової інфекції часто є тривала (іноді й довічна) персистенція мікоплазм в організмі. Мікоплазмові інфекції можуть бути індикатором дистресу організму, що виникає у зв'язку з масованим впливом біотичних та абіотичних стресорів в умовах антропогенних навантажень.
В основі патогенезу, що розвивається внаслідок персистенції мікоплазм і у людини, і у тварин, і рослин, лежить окислювальний стрес, що зумовлює неспецифічні патологічні реакції. Молекулярні механізми захисту самих мікоплазм від впливу окислювального стресу поки не з'ясовані, у клітинах мікоплазм не виявлено відомих систем антиоксидантного захисту. Це дозволяє припускати, що мікоплазми використовують нетрадиційні засоби захисту від окислювального стресу. З'ясування механізмів швидкого реагування на окислювальний стрес та регуляції стресорної відповіді у мікоплазм має не лише фундаментальне, а й прикладне значення. Наслідком хронічного окислювального стресу у людини та ссавців є перманентне пошкодження ендотелію кровоносних судин, мікротромбози, порушення мікроциркуляції та розвиток імунопатології. У цьому ступінь вираженості відповідних патологічних реакцій в різних індивідуумів при персистенції мікоплазм значно різниться. Подібні процеси виникають, як відомо, і при персистенції інших мікроорганізмів (наприклад, Helicobacter pylori, Chlamydia trachomatis, цитомегаловірусу та деяких інших). У зв'язку з цим мікоплазмові інфекції, як і інші персистуючі інфекції, можуть бути факторами ризику розвитку атеросклерозу, коронарної хвороби та інфаркту міокарда. Представники класу Mollicutes на відміну багатьох інших мікроорганізмів мають різноманітними засобами на сигнальні системи інфікованих клітин еукаріотів, отже колонізація клітин тканин еукаріотів мікоплазмами може викликати, і викликати патологічні реакції. Подібні прояви колонізації паразитами тканин макроорганізму, характерні для різних збудників персистуючих інфекцій, у принципісуперечать парадигмі мікробного патогенезу, заснованої на постулатах Коха. У зв'язку з цим нині дослідники переходять від дискусії необхідність зміни парадигми мікробного патогенезу, заснованої на постулатах Коха, до розробки нової. Ймовірно, в ній буде враховано генетичну детермінованість сигнальних мереж організмів та взаємодії їх у системі паразит-господар.
Широке поширення мікоплазм у природі свідчить на користь того, що в еволюційному плані є дуже успішними мікроорганізмами. Крім того, мікоплазми еволюціонують порівняно швидко. Не виключено, що процеси видоутворення у мікоплазм можуть відбуватися в дуже короткі часові відрізки, не звичні для уявлення про еволюційні темпи мінливості та видоутворення. Припускають, що еволюція мікоплазм орієнтована на ендосимбіоз. Непрямим свідченням цього може бути виявлений нами у системі in vitro (а пізніше співробітниками лабораторії проф. Sh. С. Lo (США) у системі in vivo) факт специфічної індукції мікоплазмами геномних перебудов у короткому плечі 6-ї хромосоми (зокрема, у сайтах ГКГС) людини. Через високу швидкість власної еволюції мікоплазми може бути важливим чинником еволюції біосфери. Персистенція мікоплазм може призводити до помітних зрушень у генетичній структурі популяції організмів, оскільки генетично опосередковані сприйнятливість та чутливість до мікоплазмових інфекцій обертаються серйозними патологіями організму та, як правило, порушують його репродуктивні функції.