Мікоплазми- характеристика та поширення

 

 

ВСТУП

Мета: розглянути особливості будови мікоплазми, а саме з’ясувати  які риси присутні у структурній організації, характерні для клітин вищих еукаріотів, та пов'язані з практичною необхідністю;  охарактеризувати різні види патогенних мікоплазм, дослідити негативний вплив на організм людини.

Завдання: з’ясувати які захворювання  можуть викликати мікоплазми, чим зумовлена їх патогенна дія; діагностика, профілактика та лікування. Вияснити як саме особливості будови мікоплазм впливають на їх поширення в природі. Розглянути мікоплазми як

Актуальність теми полягає у використанні мікоплазмових контамінацій клітинних культур у наукових дослідженнях, що можуть призводити до помилкової інтерпретації експериментальних даних, оскільки мікоплазми здатні впливати практично на будь-який параметр клітини in vitro. Успішній реалізації геномних проектів, яка дозволила значною мірою наблизитися до можливості опису метаболізму найдрібнішої саморегулюючої клітини в термінах молекулярної біології. А також вирішенні основної проблеми – придушенні мікоплазмових інфекцій.

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1. СИСТЕМАТИЧНЕ  ПОЛОЖЕННЯ

Мікоплазми відносять до відділу Tenericutes царства Prоkаrуоtа. Відділ Tenericutes представлений одним класом Mollicutes. До класу Mollicutes ("мягкошкірі") відносяться мікоплазми. У класі Mollicutes є три порядки - Mycoplasmatales, Acholeplasmatales і Anaeroplasmatales. В порядок Mycoplasmatales є сімейства - Mycoplasmataceae, Entomoplasmataceae і Spiroplasmataceae. Медичне значення має лише сімейство Mycoplasmataceae, що містить два роду - рід Mycoplasma (види M. hominis, M. pneumoniae, M. genitalium) і рід Ureaplasma (вид U. urealyticum, Ureaplasma parvum). Взагалі рід Mycoplasma включає близько 100 видів, а в роду Ureaplasma налічується лише 3 види. До мікоплазм, що викликають ураження сечостатевого тракту відносяться види - M. hominis, M. genitalium, U. urealyticum,, Ureaplasma parvum.

 

 

2. БУДОВА МІКОПЛАЗМИ

Мікоплазми – грамнегативні, одноклітинні, мікроскопічні організми. Будова мікоплазми і обмінні процеси, що відбуваються в даних мікроорганізмах, не дозволяють віднести їх ні до грибів, ні до бактерій, ні до вірусів. Вони займають певне проміжне становище між перерахованими вище мікробами. Цей факт пояснюється індивідуальними особливостями мікоплазми.

Клітини мікоплазм містять мембрану тільки одного типу - плазматичну, яка не відрізняється по своїй структурній організації від плазматичної мембрани еукаріотів. Через відсутність клітинних стінок мікоплазми нагадують бактеріальні протопласти. Мембрана містить всі ліпіди мікоплазми і до 50% білків [1]. При електронно-мікроскопічних дослідженнях ультратонких зрізів мембран мікоплазм, фіксованих чотирьохокисненим осмієм , виявляється характерна тришарова структура, загальна товщина якої складає близько 10 нм. [2, 3]. Через малі розміри мікоплазм відношення площі поверхні до об'єму клітини виявляється істотно більше, ніж у великих клітин. Тому значення мембрани мікоплазм особливо велика, і велика частина білків повинна міститися у плазматичній мембрані, що і підтверджується експериментальними даними [4].

Склад плазматичної мембрани

У результаті хімічного аналізу ізольованих мембран різних мікоплазм було показано, що вони, подібно до біологічних мембран інших організмів, побудовані головним чином з білків і ліпідів .

Склад мікоплазмових мембран значною мірою залежить від складу живильного середовища, на якій вони ростуть, і не є постійним для конкретного виду. У середньому білки складають близько 60% від маси мікоплазмової мембрани, решта припадає на ліпіди і вуглеводи. Щільність очищених мембран Acholeplasma laidlawii , що визначається за допомогою центрифугування в градієнті щільності сахарози, варіює в межах 1.14-1.2 г/см3 залежно від складу ростової середовища, її температури та віку культури, що відображає значні відмінності у відносному вмісті мембранних білків і ліпідів.

По мірі старіння культури зменшується вміст холестерину , що визначає плинність і проникність мембрани [5]. При вирощуванні мікоплазм на середовищах, які містять сироватку крові коня, багату фосфатидилхоліном, сфінгомієліном , вільним холестерином і його ефірами, велика частина цих ліпідів включається до складу мікоплазмових мембран, практично не зазнаючи конформаційних змін [6].

Кількість вуглеводів у мембранах мікоплазм невелика, причому частина виявляються вуглеводів, можливо, належить домішок, наприклад, нуклеїнових кислот. Про реальну присутність вуглеводних залишків на поверхні мембран багатьох видів Mycoplasma, Acholeplasma і Spiroplasma свідчить здатність клітин цих організмів аглютинувати з лектинами. Реакційноздатні групи вуглеводів можуть бути частиною молекул гліколіпідів, ліпополісахаридів або глікопротеїнів.

Білки

Порівняно з мембранами інших бактерій в мембранах мікоплазм набагато більша частина білків відноситься до ліпопротеїнів (у 3 рази більша, ніж у Escherichia coli та Bacillus subtilis). При культивуванні мікоплазм у присутності мічених пальмітату або міристату значна частина мембранних білків виявляється міченою [7,8].

Порівняно з ліпопротеїнами інших бактерій ліпопротеїни мікоплазм більш численні і різноманітні. Мембранні ліпопротеїни мікоплазм привертають особливу увагу не тільки через їх різноманіття, але й у зв'язку з тим, що є домінуючими антигенами, а також у зв'язку з високою частотою їх варіювання в межах популяції клітин одного штаму.

Глікопротеїни мембран також беруть участь у формуванні імунодомінантних поверхневих антигенів. Глікопротеїном виявився мембранний білок PI Mycoplasma. Біохімічні дані по ферментативну активність мембранних білків вказують на те, що АТФазна активність мікоплазм пов'язана виключно з мембраною. Атфази мікоплазм не активуються ні Na+, К+ і не інгібуються уабаїном. Активність ферменту залежить від іонів Mg2+, які можуть бути замінені Mn2+ і Со2+, але не Са2+ [2]. АТФази мікоплазм не вивільняються з мембран при зниженні іонної сили середовища або при додаванні ЕДТА. Більш того, на їх активність впливає фізичний стан мембранних ліпідів. Відомо, що в клітинах мікоплазм АТФази є інтегральними ліпід-залежними мембранними білками. В цьому відношенні АТФази мікоплазм подібні АТФазам ссавців.

У ахолеплазм з мембраною пов'язаний і NADH-дегідрогеназний комплекс, що складається більш ніж з 10 поліпептидних ланцюгів, а також білковий комплекс, відповідальний за транспорт глюкози. В інших мікоплазм активність NADH-дегідрогенази виявлено у розчинній цитоплазматичній фракції. Ця особливість ахолеплазм довгий час служила одним з основних диференційованих ознак.

З 320 поліпептидів Acholeplasma laidlawii , виявлених при двовимірному електрофорезі, близько 140 поліпептидів з мол. масою 15-20 кДа відносять до мембранних білків. Деякі з них були виділені і частково охарактеризовано. Для білків, позначених T1a, T1b, T2, ТЗ, Т4а і T4b, показано асиметричне розташування (на зовнішній або внутрішній поверхні мембрани) їх антигенних детермінант [9].

Мембранні білки мікоплазм мають латеральну рухливість. Це було визначено методом імуноелектронної мікроскопії з антитілами, міченими частками колоїдного золота, в експерименті злиття клітин A. laidlawii, мембранні білки яких були помічені частинками золота іншого розміру.

Ліпіди

Ліпіди мікоплазм підрозділяють на фосфоліпіди, гліколипіди і нейтральні ліпіди. Всі вони локалізовані на плазматичній мембрані і складають 25-35% від сухої маси. З усіх досліджених мікоплазм тільки ахолеплазми, зокрема Acholeplasma laidlawii , здатні синтезувати насичені жирні кислоти. При цьому A. laidlawii здатна і до подовження ланцюжків ненасичених жирних кислот, але не до синтезу цих сполук.. Ненасичені жирні кислоти мають бути обов'язковими компонентами середовища для вирощування мікоплазм. Жирні кислоти, які стимулюють ріст культури, включаються у фракцію полярних ліпідів мікоплазм, при цьому в поєднанні з міристиновою кислотою найкращий ріст забезпечують ненасичені жирні кислоти з довгим ланцюгом (С20 і С22), а в поєднанні з олеатом - кислоти з ланцюгом меншої довжини (C12-C18). Практично будь - яка екзогенна жирна кислота може бути включена до складу мембран мікоплазм. У ряді випадків було виявлено, що кількість включених в мембрану екзогенних жирних кислот по відношенню до загальної кількості жирних кислот може досягати 60-90% від усієї кількості жирних кислот відповідної клітинної структури мікоплазм [9].

Можливість контрольованого в експерименті зміни складу жирних кислот мікоплазмових мембран визначила використання мікоплазм в якості моделей при вивченні структури і властивостей мембран.

Мембрани прокаріотів не містять стеролів. Виняток становлять мікоплазми і один з видів архебактерий - Methylococcus capsulatus. Мікоплазми на відміну від Methylococcus capsulatus не здатні синтезувати стероли, але можуть витягувати їх із навколишнього середовища (у тому числі з мембран клітин хазяїна) і включати до складу власних мембран. При цьому у представників роду Mycoplasma холестерин може становити до 40% від кількості всіх мембранних ліпідів. У мембранах ахолеплазм холестерин зазвичай становить близько 12% від числа загальних ліпідів. На відміну від інших мікоплазм, ахолеплазми можуть рости на середовищах, позбавлених холестерину, а також його похідних. У цих випадках мембрани ахолеплазм не містять холестерину, а його функції, ймовірно, виконують каротиноїди, синтезовані ахолеплазмами. Разом з тим ці представники класу Mollicutes здатні включати в свої мембрани і екзогенний холестерин.

Залежність мікоплазм від зовнішнього джерела холестерину була використана для експериментального зміни кількості холестерину в мембрані та аналізу впливу цих змін на властивості мембрани, насамперед на її проникність для різних речовин. У дослідженнях in vitro були отримані популяції клітин Mycoplasma mycoides з різним вмістом холестерину в мембранах (від 3 до 25% від загальної кількості ліпідів мембрани). Різниця у властивостях мембран відповідних клітин мікроорганізмів була продемонстрована при вивченні теплового фазового переходу - високий вміст холестерину в мембранах визначало різке зниження енергії активації фазового переходу. Більша частина робіт по складу, структурі і біосинтезу мембранних ліпідів мікоплазм була виконана на клітинах A. laidlawii [11]. Генетична інформація про ферменти, залучених в біосинтез фосфогліколіпідів і гліколіпідів, отримана в результаті повного прочитання геномів Mycoplasma genitalium та Mycoplasma pneumoniae [12]. В мембранах цих мікоплазм присутні фосфогліколіпіди і гліколіпіди, для біосинтезу яких потрібно приблизно 10 генів. Однак, в результаті аналізу нуклеотидної послідовності геномів мікоплазм, вдалося ідентифікувати лише 3 гена цього сімейства. У зв'язку з цим припускають, що гліколіпідний синтез у мікоплазм може починатися з фосфатидної кислоти за участю УДФ-глікозилу або УДФ-галактозилтрансфераз [13]. Метаболічні шляхи ліпідного обміну мікоплазм, такого важливого для цих мікроорганізмів у зв'язку з відносно великою масою їх клітинної мембрани, досі майже не вивчені.

Функції плазматичної мембрани

Мембрана мікоплазм поліфункціональна, вона виконує не тільки захисну і транспортну, але й багато інших функцій. Саме з мембраною мікоплазм пов'язують патогенні реакції цих мікроорганізмів. На мембрані локалізовані рецепторні білки і поверхневими антигенами. Застосування сучасних методів для аналізу мікоплазмових антигенів дозволило встановити високу антигенну гетерогенність різних видів мікоплазм при наявності деяких міжвидових серологічних зв'язків, а також виявити значний внутрішньовидової поліморфізм, тобто антигенні відмінності між штамами одного виду [14].

При відсутності у мікоплазм клітинної стінки плазматична мембрана повинна залучатися безпосередньо в контакти з мембраною еукаріотичної клітини-господаря, що в принципі може призводити до злиття двох мембран або обміну компонентами між мембранами [15]. Проникнення мікоплазм в клітку-господаря, ймовірно, також опосередковано злиттям мембран. Виявлена позитивна кореляція між вмістом холестерину в мембрані M. penetrans і частотою актів злиття мікоплазми з вірусом Сендай , а також частотою утворення міжвидових гібридів між рядом видів Mycoplasma і Spiroplasma при обробці клітин ПЕГ-8000 [16]. Природа мембранних білків, що беруть участь в акті злиття мембран, поки невідома. Передбачається, що при взаємодії M. fermentans з людськими лімфоцитами важлива роль належить фосфохолінвмісному глікогліцероліпіду , який виявлений в мембрані мікоплазми. Припускають, що цей ліпід є визначальним компонентом злиття мікоплазми з лімфоцитів [17].

 

3. ПОШИРЕННЯ В  ПРИРОДІ

У природі мікоплазми зустрічаються повсюдно в якості паразитів рослин і тварин, більшість видів мікоплазм умовно-патогенні. В такому стані не небезпечні для людини.

Мікоплазми часто входять до складу постійної флори слизових оболонок верхніх дихальних шляхів, шлунково-кишкового тракту, статевих шляхів і можуть являти собою опортуністичні організми і викликають інфекцію тільки при імунодефіциті, імуносупресії і онкологічних захворюваннях, тобто при зниженій резистентній опірності організму.

Найчастіше мікоплазми, як і хламідії, локалізуються на слизових оболонках дихальних шляхів, кон'юнктиви очей та інших слизових, але на відміну від хламідій - вражають суглоби. При локалізації мікоплазм у суглобах у кішок з'являється кульгавість, біль у суглобах, небажання рухатися, загальне нездужання, іноді набряки кінцівок.

Встановлено, що велика популяція кішок є переносниками мікоплазмозу, однак її патогенна дія проявляється в період ослаблення захисних сил.

Рис.1 Мазок крові кішки. Мікоплазми – малі включення в еритроцитах

3.1 Порівняльний  аналіз розповсюдження різних  видів мікоплазм

Для виявлення двох видів мікоплазм M. hominis і M. genitalium, які викликають захворювання, що передаються статевим шляхом, вивчали зразки ДНК, виділені з біологічного матеріалу 1383 пацієнтів чоловічої та жіночої статі у віці від 20 до 73 років (рис. 2).

Рис.2 Гістограма кількісного аналізу на наявність

M. hominis і M. genitalium

З рис. 2 видно, що кількість аналізів на наявність M. hominis і M.  genitalium значно більше у чоловіків (66,6%) ніж у жінок (33,4%), але при цьому кількість позитивних результатів у пацієнтів жіночої статі (16,5%) практично в два рази перевищують такі у пацієнтів чоловічої статі (8,9%). Отримані результати узгоджуються з літературними даними, що свідчить, що збудники мікоплазмозу частіше зустрічаються у жінок.

Внаслідок проведених досліджень 803 проб, проаналізованих з метою визначення ДНК M. hominis в 147 з них отримано позитивний результат, що склало 8,9%. При вивченні M. genitalium з 859 проб в 34 виявили шукану ДНК. Відсоток позитивних зразків у цьому випадку склав 2%. Отримані результати узгоджені з літературними даними, що свідчить про те, що Mycoplasma genitalium поширені значно рідше, ніж Mycoplasma hominis [18]. У ряді випадків у пацієнтів визначався тільки один з представлених видів мікоплазм. У п'яти випадках у пацієнтів визначалося наявність як M. hominis, так і M. genitalium.

Рис.3 Співвідношення позитивних та негативних результатів виявлення