Биологические свойства хламидий

Хламидии - мелкие грамотрицательные, неподвижные, облигатно паразитические бактерии, ретикулярные тельца (РТ) которых могут быть разнообразной формы – овальной, полулунной, в виде биполярных палочек и коккобацилл и имеют размер от 300 до 1000 нм, а элементарные тельца (ЭТ) овальной формы могут иметь размер в диаметре 250 – 500 нм. ЭТ хламидий обладают инфекционными свойствами, антигеноактивны, способны проникать в чувствительную клетку, где и происходит уникальный цикл развития хламидий. Предшествующие ЭТ хламидий более крупные РТ не имеют постоянного размера и структуры. У них нет нуклеоида. Их еще называют “незрелыми” или вегетативными частицами. Они не обладают инфекционными свойствами.

Размножаются хламидии только внутри связанных с мембраной вакуолей в цитоплазме клеток человека, млекопитающих и птиц. Размножение происходит в ходе уникального цикла развития, состоящего в превращении мелких форм ЭТ в более крупные РТ, которые претерпевают деление. Хламидии патогенны. Имеют основные признаки бактерий: содержат два типа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и рибосомы. Клеточная стенка хламидий не содержит мурамовую кислоту или содержит ее в следовых количествах.

Развитие молекулярной биологии привело к открытию новых микроорганизмов с характерным для хламидий циклом развития. Определение генома уже известных видов хламидий способствовало пересмотру их номенклатуры .

Согласно современным подходам геносистематики для описания бактериальных таксонов на уровне видов, родов и семейств, классификация хламидий и хламидия-подобных микроорганизмов основана на наличии >95% гомологии в нуклеотидной последовательности генов 16S и 23S рРНК для всех представителей рода и >90% - семейства. Таким образом, ранее неклассифицированные микроорганизмы, имеющие сходный с хламидиями цикл развития, были выделены в четыре дополнительных семейства в составе порядка Chlamydiales – Chlamydiaceae, Parachlamydiaceae, Simkaniaceae, Waddliaceae. Вопрос относительно того, чтобы порядок Chlamydiales рассматривался как класс, в настоящее время остается открытым. Это связано с небольшим количеством видов хламидий, которые включены в порядок Chlamydiales.

Наиболее радикальные изменения произошли в систематике семейства Chlamydiaceae, в котором в настоящее время выделено два рода – Chlamydia и Chlamydophila. Они отличаются между собой еще и по ряду фенотипических признаков.

Представители рода Chlamydia обладают сходными по структуре экстрахромо-сомными элементами. Они способны накапливать гликоген во включениях. Их ЭТ попав в клетку организма-хозяина стремятся слиться в одно общее большое включение, биологический смысл которого состоит в обмене генетической информацией, а это, в свою очередь, обуславливает большую генетическую вариабельность возбудителя. Род Chlamydia включает три вида: давно известный – Chlamydia trachomatis и два новых вида – Chlamydia muridarum и Chlamydia suis. Согласно новой классификации Chlamydia trachomatis является исключительно паразитом человека, вызывает трахому, урогенитальные заболевания, некоторые формы артрита, конъюктивит и пневмонию новорожденных. Chlamydia trachomatis имеет два биовара: trachoma (14 сероваров) и LGV (4 серовара).

Вид Chlamydia muridarum до недавнего времени рассматривался как третий биовар Chlamydia trachomatis. Chlamydia muridarum вызывает заболевания у грызунов из семейства Muridae.

Chlamydia suis впервые была выделена у свиньи (Sus scrofa). Различные штаммы Chlamydia suis способны вызывать конъюктивит, энтерит и пневмонию у животных.

Представители рода Chlamydophila проявляют эволюционное сродство по структуре различных генов, включая гены рибосомного оперона и белков наружной мембраны (ОМР и ОМР 2). Род Chlamydophila включает в себя давно известные виды – Chlamydophila psittaci, Chlamydophila pneumoniae, Chlamydophila pecorum, Chlamydophila abortus, Chlamydophila caviae и Chlamydophila felis.

Chlamydophila pecorum (прежнее название Chlamydia pecorum) – возбудитель заболеваний животных.

Chlamydophila pneumoniae (прежнее название Chlamydia pneumoniae) – возбудитель респираторных инфекций у животных и человека. Этот вид имеет три биовара TWAR, коала (Koala) и конский (Equine). Независимо от того, где паразитируют штаммы Chlamydophila pneumoniae, у животных или у человека, все они имеют сходные генетические и антигенные характеристики. Штаммы TWAR являются возбудителями заболеваний респираторного тракта у человека. Они способны вызывать преимущественно острые или хронические бронхиты и пневмонии. В последнее время накапливается все больше данных, свидетельствующих о возможной взаимосвязи Chlamydophila pneumoniae с развитием атеросклероза и бронхиальной астмы.

Chlamydophila psittaci (прежнее название Chlamydia psittaci) до недавнего времени включал в себя 4 группы возбудителей, которые существенно отличались как генетически, так и фенотипически и вызывали заболевания у человека и животных. Согласно новой классификации вид Chlamydophila psittaci включает штаммы, которые способны вызывать заболевания только у птиц. Все эти штаммы могут передаваться человеку и вызывать пситтакоз. Вид Chlamydophila psittaci включает 8 сероваров.

Chlamydophila abortus вызывают заболевания у животных. В литературе описаны случаи спорадических абортов у женщин, работавших с овцами, вызванные Chlamydophila abortus – гестационный пситтакоз.

Chlamydophila felis вызывает риниты и конъюктивиты у домашних кошек. Отмечены зоонозные инфекции, вызванные этим микроорганизмом у людей, которые проявлялись в виде конъюктивита.

Chlamydophila caviae впервые была выделена из конъюктивы морской свинки. В лабораторных условиях было показано, что этот микроорганизм может вызывать у морских свинок инфекции половых органов, сходные по своим проявлениям с анологичными заболеваниями у человека.

Представители семейства Parachlamydiaceae хорошо растут на культуре клеток Vero, вариабельно окрашиваются по Граму, не распознаются моноклональными антителами, специфическими для антигенного комплекса ЛПС семейства Chlamydiaceae и являются паразитами амеб. Различия в нуклеотидной последовательности генов Parachlamydiaceae и Chlamydiaceae в целом составляет 10-20%. В состав семейства входит один род, единственным представителем которого является Parachlamydia acanhamoebae.

В настоящее время семейство Simkaniaceae включает один род Simkama, который представлен единственным видом и штаммом – Simkania negevensis. Естественный хозяин симканий до сих пор не известен. Однако данные серологических методов исследования и ПЦР-анализа свидетельствуют, что этот микроорганизм широко распространен у людей. Simkania negevensis не распознается моноклональными антителами, специфическими для антигенного комплекса ЛПС семейства Chlamydiaceae.

Единственным представителем семейства Waddliaceae является вид Waddlia chondrophila (штамм WSU 86-1044). Нуклеотидная последовательность 16S рДНК штамма WSU 86-1044 проявляет 84,7-85,3% гомологии с соответствующими представителями генов различных хламидийных штаммов.

Фундаментальные изменения, внесенные в классификацию представителей порядка Chlamydiales должны быть, в первую очередь, учтены при диагностике хламидийной инфекции. Это связано с тем, что все виды, входящие в семейство Chlamydiaceae, обладают сходной структурой липополисахаридного антигена и распознаются моноклональными антителами, специфичными к трисахаридному фрагменту alphaKdo-(2-8)-alphaKdo-(2-4)-alphaKdo ЛПС. В связи с этим многие из них в ПИФ и серологических методах идентифицируются как Chlamydia trachomatis.

Основные белковые антигены, представленные на поверхности ЭТ, включая насыщенный цистеином белок мол массой 40 кД (МОМР или ОМР) и насыщенный цистеином белок мол массой 60 кД (ОМР 2), также проявляют значительное структурное сходство у различных видов семейства Chlamydiaceae. Поэтому в методах, основанных на распознавании этих антигенов так же, как и в случае с ЛПС-антигенами, все виды семейства Chlamydiaceae идентифицируются как Chlamydia trachomatis.

Исходя из того, что виды семейства Chlamydiaceae отличаются между собой лишь различиями в нуклеотидной последовательности некоторых генов (а именно 16S и 23 S рРНК), на чем, собственно, и основывается таксономия, становится очевидным, что правильная диагностика возбудителя хламидийной инфекции возможна лищь при использовании методов, основанных на обнаружении генома возбудителя.

Поскольку разные виды хламидий обладают различным по длительности циклом развития и различной чувствительностью к традиционным для лечения хламидийных инфекций препаратам, неправильная диагностика возбудителя хламидийной инфекции может привести к проблемам при лечении хламидиоза.

Несмотря на то, что жизненный цикл хламидий достаточно хорошо освещен в литературе, механизмы регуляции внутриклеточного развития хламидий до сих пор остаются неизвестными. Многие исследователи полагают, что помимо уникального цикла развития, хламидии отличаются от других возбудителей еще и тем, что обладают возможностью персистировать и образовывать атипичные формы. В процессе размножения хламидий наблюдается несинхронное развитие инфекции – одновременное присутствие всех стадий цикла размножения хламидий.

Цикл развития хламидий условно можно разделить на несколько этапов.

1. Адсорбция элементарного тельца; 2. Проникновение элементарного тельца в клетку; 3. Реорганизация элементарного тельца в ретикулярное тельце; 4. Деление ретикулярного тельца; 5. Созревание ретикулярных телец в элементарные; 6. Накопление ретикулярных телец в эндосоме; 7. Выход хламидий из клетки.

На первом этапе инфекционного процесса происходит адсорбция ЭТ хламидий на плазмалемме чувствительной клетки хозяина при участии электростатических сил. Внедрение хламидий в клетку происходит путем эндоцитоза. Участки плазмалеммы с адсорбированными на них ЭТ инвагинируются в цитоплазму с образованием фагоцитарных вакуолей. Этот этап занимает 7-10 часов.

Далее, на втором этапе, в течение 6-8 часов происходит реорганизация инфекционных ЭТ в метаболически активные неинфекционные, вегетативные, внутриклеточные формы - РТ, способное к росту и делению. Эти внутриклеточные формы, представляющие собой микроколонии, называют хламидийными включениями - тельцами Гальберштедтера-Провачека. В течение 18-24 часов развития они локализованы в цитоплазматическом пузырьке, образованном из мембраны клетки хозяина. Во включении может содержаться от 100 до 500 ЭТ хламидий.

На следующем этапе, в течение 36-42 часов происходит процесс созревания, через переходные (промежуточные тельца), и трансформации РТ путем деления в ЭТ. ЭТ путем разрушения инфицированной клетки выходят из нее. Этим заканчивается жизненный цикл хламидий. Освободившиеся ЭТ, и находящиеся внеклеточно, через 48-72 часа снова проникают в новые клетки хозяина, и начинается новый цикл развития хламидий. В случае возникновения неблагоприятных метаболических условий этот процесс может затягиваться на более длительный период.

В случае бессимптомного течения хламидийной инфекции происходит высвобождение ЭТ из инфицированной клетки через узкий ободок цитоплазмы. При этом клетка может сохранять свою жизнеспособность.

Защитная реакция организма-хозяина на начальной стадии инфекции осуществляется при участии полиморфноядерных лимфоцитов. Существенную роль в защите организма играет поликлональная активация В-лимфоцитов. В сыворотке крови и секреторных жидкостях при хламидиозе обнаруживают иммуноглобулины классов IgМ, IgA, IgG. Однако ведущую роль в защите от хламидийной инфекции все-таки занимают Т-хелперы, активирующие фагоцитарную активность макрофагов.

Использование методов ультраструктурного анализа позволило доказать возможность персистирования хламидий в эпителиальных клетках и фибробластах, инфицированных слизистых мембран. Хламидии поглощаются периферическими моноцитами и, таким образом, происходит их распространение по всему организму. Моноциты оседают в тканях и превращаются в тканевые макрофаги (в суставах, сосудах и в области сердца). Тканевые макрофаги могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких месяцев. Являясь при этом антигенным стимулятором, они способствуют образованию фиброзных гранулем в здоровой ткани. Хламидии или их фрагменты могут высвобождаться из клеток и вызывать образование специфических антител, независимо от того, определяется ли хламидийный антиген в месте проникновения инфекции.

Структура клеточной стенки хламидии соответствует общему принципу построения грамотрицательных бактерий.

Клеточная стенка хламидии состоит из внутренней цитоплазматической и наружной мембран, каждая из которых имеет двойную структуру. Таким образом обеспечивается прочность клеточной стенки хламидии. Антигенные свойства хламидий определяются внутренней мембраной, которая представлена липополисахаридами. В нее интегрированы так называемые белки наружной мембраны (Outer membrane proteins - OMP). На основной белок наружной мембраны - Major Outer Membrane Protein (MOMP) приходится 60% общего количества белка. Остальная антигеннная структура представлена белками наружной мембраны второго типа – ОМР 2.

Все хламидии имеют общий групповой, родоспецифичный антиген (липополисахаридный комплекс, реактивной половиной которого является 2-кето-3-дезоксиоктановая кислота), который используется при диагностике заболевания иммунофлюоресцентными методами с применением специфических антител (Таблица 1).

Таблица 1 Антигены хламидий (P.A. Mardh, 1990)

Белки МОМР и ОМР 2 содержат видо- и серотипоспецифические эпитопы. Однако в них имеются также области с высоким сходством среди видов (родоспецифические эпитопы), что обусловливает возможность появления перекрестных реакций. Основной белок клеточной мембраны и богатые цистеином другие белки связаны дисульфидными связями.

Обнаружено пять генов дисульфидсвязанных изомераз, возможно играющих роль в реструктуризации цистеинбогатых белков при дифференциации ЭТ в РТ. У Chlamydia trachomatis выявлено 9 генов, кодирующих поверхностные мембранные белки, у Chlamydia рneumonia –18.

В 1998 году R.S. Stephens и соавторы сообщили о секвенировании генома Chlamydia trachomatis. Геном хламидии имеет небольшой размер и составляет не более 22% генома кишечной палочки штамма К12.

Анализ генома позволил выделить 895 генов, которые кодируют различные белки. Сходство с ранее исследованными белками других бактерий помогло определить функциональное назначение 604 (68%) кодируемых белков. Так, 35 (4%) белков были схожи с белками, имеющимися у других бактерий. В остальных 255 (28%) белках последовательности были непохожи на те, которые были изученны ранее. Их анализ показал, что 256 (29%) хламидийных белков в пределах одного генома группируются в 58 семейств. Сходное группирование белков имеет место у бактерий, имеющих геном небольшого размера, таких как микоплазмы и Haemophilus influenzae.

Длительное время считалось, что хламидии имеют характерный дефект ряда ферментных систем и не способны самостоятельно окислять глутамин и пируват, а также осуществлять фосфорилирование и эффективное окисление глюкозы. Предполагалось также, что хламидии являются облигатными внутриклеточными энергетическими паразитами, использующими метаболическую энергию эукариотической клетки с помощью АТФ и других макроэргических соединений. В настоящее время известно, что хламидии способны синтезировать АТФ, хотя и в незначительных количествах, путем гликолиза и расщепления гликогена.

Хламидии в процессе приспособления к внутриклеточному паразитизму выработали уникальные структуры и биосинтетические механизмы, не имеющие аналогов у других бактерий. У них не удалось обнаружить высококонсервативный ген FtsZ, который ответственен за образование клеточной перегородки во время деления клетки и абсолютно необходим для клеточного деления всех прокариот. У хламидий также отсутствует пептидогликан - компонент клеточной стенки, существующий как у грамположительных, так и у грамотрицательных бактерий. Но при этом, в геноме хламидий содержатся гены, кодирующие белки, которые необходимы для его полного синтеза.

Ранее, методом сканирующей электронной микроскопии на поверхности хламидий были выявлены куполообразные структуры, пронизанные микрофиламентами. Микрофиламенты выходят из центра, достигают мембраны включений и пронизывают ее. Функцию этой структуры связывают с транспортом питательных веществ от эукариотической клетки к паразиту. Обнаружение в геноме хламидий генов, кодирующих аппарат для 3-го типа секреции, который обусловливает вирулентность грамотрицательных бактерий, позволил предположить, что это образование осуществляет передачу сигнала от паразита к эукариотической клетке. Функциональное назначение субстрата, секретируемого аппаратом 3-го типа секреции неизвестно. Предполагается, что в процесс взаимодействия хламидий с клеткой хозяина вовлечены не только поверхностные структуры хламидий, но и мембраны включений, поскольку в ассоциации с ними обнаружены хламидийные белки, фуцнкциональное назначение которых еще полностью не раскрыто.