Патогенными (от греч. patos - болезнь, страдание) называются микроорганизмы, потенциально способные вызывать инфекционный процесс. Это генотипический признак, характеризующий видовую способность бактерий приживаться в тканях и полостях организма и размножаться в них. Патогенность является потенциальным признаком бактерий потому, что она может быть проявлена только в определенных условиях - в восприимчивом организме.
Патогенность контролируется многими генами, ответственными за проявление всех свойств, определяющих патогенность, таких как синтез продуктов метаболизма, ферментов, образование морфологических структур микроорганизма, в частности капсулы. Характерной особенностью патогенных микробов является специфичность действия, т. е. способность вида вызывать строго определенное заболевание. Так, пневмококки вызывают только пневмонию, гонококки - гонорею, палочки туберкулеза - туберкулез. Но не все микробы одного и того же вида в одинаковой степени обладают свойством патогенности. Одни штаммы более патогенны, у других патогенность выражена слабее. Степень или мера патогенности микроорганизма называется вирулентностью (от лат. virulentus - ядовитый, болезнетворный). Вирулентность представляет собой совокупность ряда болезнетворных свойств микроба: инфек- ционность или заразительность, инвазивность (способность внедряться в организм и распространяться в его тканях), интенсивность размножения и способность вырабатывать ядовитые вещества. Степень вирулентности измеряется условно принятой единицей - минимальной смертельной дозой (DLM - dosis letalis minima), т. е. наименьшим количеством микробов, которое при заражении восприимчивых к ним животных вызывает 95-100 % гибели их. Иногда используют 50 %-ную летальную дозу (LD50). Это количество микробов, вызывающее гибель 50 % подопытных животных.
Вирулентность микробов - не стабильный видовой признак, а индивидуальный. Она может изменяться в зависимости от условий. Так, культивирование микроорганизмов на искусственных питательных средах, на средах, содержащих дезинфицирующие вещества, высушивание, пассирование через естественно невосприимчивый организм снижает вирулентность их. Под влиянием мутагенных факторов можно получить вообще авирулентные мутанты.
Вирулентность патогенных микробов может изменяться и в сторону повышения. Но искусственно повысить вирулентность гораздо труднее, чем ослабить ее. Наиболее совершенным методом повышения вирулентности микробов является пассирование их через организм восприимчивых животных.
Искусственное ослабление вирулентности патогенных микроорганизмов называется аттенуацией, а штаммы патогенных микроорганизмов с искусственно сниженной вирулентностью, но сохраняющие иммуногенные свойства - вакцинными штаммами, или живыми вакцинами. Принцип получения живых вакцин был разработан в 1880 г. Л. Пастером. Однако основоположником применения их является Э. Дженнер, который еще в 1795 г. предложил метод предохранительных прививок против оспы.
В настоящее время живые вакцины широко применяются для профилактики оспы, туберкулеза, полиомиелита, кори, сибирской язвы. Кроме живых вакцин в практической медицине используются вакцины, приготовленные из убитых культур микроорганизмов.
Вирулентность - сложное свойство патогенных микробов, определяющееся рядом факторов, названных факторами вирулентности. Наиболее существенным из них является образование веществ, способствующих внедрению микробов в организм. Такие вещества называются факторами инвазии, или факторами распространения. К ним относятся ферменты гиалуронидаза, коллагеназа, фибринолизин.
Гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав соединительной ткани и обеспечивающую ее прочность и непроницаемость для микробов. Расщепление гиалуроновой кислоты увеличивает проницаемость тканей и способствует распространению микробов по организму.
Наличие гиалуронидазы у микробов легко выявляется в простом лабораторном опыте на животных. Кролику подкожно (поверхность предварительно выбрита) вводят в один участок тушь, в другой - тушь, смешанную с бульонной культурой вирулентных бактерий. В результате участок появляющегося подкожного окрашивания в месте введения чистой туши меньше, чем там, где вводилась смесь ее с микробами. Это указывает на увеличение проницаемости ткани под действием микробов.
Гиалуронидаза обнаружена у многих патогенных микробов: у палочек газовой гангрены, стафилококков и стрептококков, у возбудителей дифтерии, бруцеллеза и др.
Фермент коллагеназа разрушает тканевые белки и вызывает распад мышц. Это также способствует распространению микробов в организме. Коллагеназа обнаружена у палочки газовой гангрены.
Фибринолизин расщепляет сгустки фибрина, которые образуются в крови в процессе воспалительных реакций и препятствует распространению микробов. Фибринолизин вырабатывается стрептококками и стафилококками, возбудителем чумы и др.
Вирулентность микробов определяется также образованием ими специфических веществ белковой природы - агрессинов Агрессины сами по себе безвредны для организма, но подавляют его защитные функции. Так, несмертельная доза патогенных микробов под влиянием агрессинов вызывает гибель животного.
Существенную роль в вирулентности микробов играет капсула. Капсула выполняет в основном защитную функцию. Капсульные бактерии более устойчивы к фагоцитозу, к бактерицидному действию крови. Они дольше сохраняются в организме, чем бескапсульные. Утрата способности к образованию капсулы ведет к снижению или потере вирулентности. Полученный в 1942 г. Н. Н. Гинзбургом бескапсульный штамм палочки сибирской язвы настолько снизил вирулентность, что стал совершенно безвредным для животных. Этот бескапсульный штамм используется для изготовления вакцины против сибирской язвы.
Самым важным фактором вирулентности является способность микробов вырабатывать ядовитые продукты метаболизма - токсины. Попадая в ток крови, они разносятся по организму и
вызывают различные отравления. Механизм действия большинства токсинов изучен еще недостаточно.
Среди микробных токсинов различают экзо- и эндотоксины. Экзотоксины, или истинные токсины, подобно экзоферментам, продуцируются клеткой и выделяются в окружающую среду, эндотоксины прочно связаны с клеткой и освобождаются только после гибели ее.
Эндотоксины образуются главным образом грамотрицатель- ными патогенными микроорганизмами. Они представляют собой комплекс полисахаридов и липопротеидов, характеризуются термостабильностью, меньшей ядовитостью, чем экзотоксины. Кроме того, они не обладают специфичностью действия и при поражении макроорганизма дают однотипную картину патологического процесса: слабость, одышку, головную боль, расстройство кишечника. Малые дозы эндотоксина вызывают повышение температуры, большие - понижение и гибель животного.
В отличие от эндотоксинов экзотоксины вырабатываются только некоторыми грамположительными микроорганизмами - возбудителями столбняка (Clostridium tetani), ботулизма (Clostridium botulinum), дифтерии (Corynebacterium diphteriae), газовой гангрены (Clostridium perfringens). Они более токсичны и более опасны, чем эндотоксины. Это самые сильные биологические яды. Смертельная доза токсина палочки ботулизма для морской свинки равна 1 ’ 10‘7 мл; дифтерийной - 2'10'3 мл.
Экзотоксинам свойственна высокая специфичность действия, т. е. они поражают определенные органы и ткани, что проявляется в характерной ферме клинического заболевания. Токсин столбнячной палочки, например, поражает двигательные нейроны спинного мозга, вызывая судороги, параличи. Токсин палочки ботулизма действует на окончания двигательных нервов. Оба эти токсина относят к нервным ядам. Дифтерийный токсин поражает сердечную мышцу и надпочечники. Большинство экзотоксинов термолабильны - инактивируются при 58-60° С. Экзотоксины представляют собой белки. На основании высокой активности даже ничтожно малых концентраций экзотоксины отождествляют с ферментами. И это в отношении некоторых токсинов уже доказано. Установлено, например, что а-токсин возбудителя газовой гангрены Cl. perfringens является фосфолипазой (лецитиназой С), вызывающей в определенных условиях гидролиз лецитина. Дифтерийный токсин является продуктом незавершенного синтеза цитохрома а и катализирует окислительные реакции в организме.
Действие экзотоксинов проявляется через определенный инкубационный период, который длится от нескольких часов до суток. Это одно из отличий экзотоксинов от ядов небиологической природы. Экзотоксины обладают свойством антигенности, т. е. при введении в организм обусловливают образование антител, нейтрализующих токсины. Весьма важно то, что, теряя токсичность, они сохраняют антигенность. Так, токсины бактерий дифтерии, столбняка, ботулизма при обработке их формалином (0,2-0,5 %) при температуре 37-38° С в течение месяца утрачивают ядовитые свойства, сохраняя при этом антигенность. Такие обезвреженные токсины называются анатоксинами. Они используются как вакцины в профилактических целях, а также для получения антитоксических лечебных сывороток. Все перечисленные выше факторы вирулентности определяют болезнетворность микроорганизмов и форму тяжести вызываемого ими инфекционного заболевания.