Прионные инфекции

Значительное количество данных указывает на то, что к амилоидозам относятся и прионные заболевания - группа нейродегенеративных заболеваний, связанных с накоплением в головном мозге прионов .

Прионы - это агенты белковой природы, вызывающие трансмиссивные спонгиформные энцефалопатии человека и животных [ Prusiner, ea 1991 ]. В отличие от прочих амилоидозов, прионные заболевания инфекционны. Накопление патологического прионного белка в нервных и глиальных клетках сопровождается накоплением в них множества микроскопических вакуолей, которые придают ткани характерный губчатый вид.

Уникальная особенность этих заболеваний заключается в том, что они могут возникать не только в результате инфекции, но и спорадически. Далее независимо от происхождения болезни, она передается инфекционным путем.

К прионным заболеваниям относят болезнь Крейцфельда-Якоба , синдром Герстманна-Штраусслера-Шейнкера, куру , а также летальную семейную инсомния (фатальную семейную бессонницу человека), скрейпи к овец и коз, бычью губчатую энцефалопатию (коровье бешенство), и другие энцефалопатии, встречающиеся у кошек, оленей и других животных. Все эти прионные болезни связаны с единственным белком PrP.

Обычно эту группу заболеваний описывают совместно с вирусными инфекциями ЦНС, но их природа совершенно особая - они вызваны накоплением аномальной изоформы прионного белка PrP - PrPSc. Эта изоформа, как и нормальная изоформа белка - PrPC, - кодируется геном PRNP , расположенным на коротком плече 20-й хромосомы .

Функция прионного белка в норме не установлена, но известно, что он существует в двух формах - связанной с мембраной форме и секретируемой. Прионный белок в большом количестве содержится в нейронах.

Белок PrPSc устойчив к протеазе и образует скопления в виде палочковидных или нитевидных включений (скрепи-ассоциированные фибриллы, прионные палочки), которые видны при иммуногистохимическом исследовании мозга животных и людей с прионными болезнями. Как PrPC превращается в PrPSc, как реплицируется PrPSc и почему его накопление вызывает дегенерацию нейронов - неизвестно.

Эпидемиологические и клинические исследования показывают, что прионные болезни человека могут быть спорадическими ( болезнь Крейтцфельдта-Якоба ), трансмиссивными ( куру , немногочисленные случаи болезни Крейтцфельдта-Якоба ) или наследственными ( болезнь Герстмана-Штросслера , семейная болезнь Крейтцфельдта-Якоба ,летальная семейная инсомния).

При анализе 300 случаев прионных болезней, проведенном Национальным институтом здоровья, оказалось, что:

- при спорадической болезни Крейтцфельдта-Якоба 79% случаев носили трансмиссивный характер (происходило заражение экспериментальных животных при введении ткани мозга больных), в 79% случаев выявлены губчатые изменения мозга, в 83% методом иммуноблотгинга в ткани мозга обнаружена устойчивая к протеазе изоформа прионного белка ( прионный белок PrPSc );

- при ятрогенной болезни Крейтцфельдта-Якоба и при куру все три показателя составляли 100%;

- при семейной болезни Крейтцфельдта-Якоба , болезни Герстмана-Штросслера и летальной семейной инсомнии данные были менее однозначными; в целом у 71% больных всей этой группы имелись губчатые изменения мозга, но лишь у 50-60% заболевание носило трансмиссивный характер либо были положительными результаты иммуноблоттинга.

Предположительно прионные болезни. Имеется сообщение о развитии болезни типа скрейпи у экспериментальных грызунов после введения им мозговой ткани двухлетней девочки с болезнью Олперса (детской прогрессирующей полиодистрофией) . Это единственное наблюдение, однако, не было подтверждено; сведений о мутациях гена PRNP при болезни Олперса нет.

Уникальность прионов состоит в том, что их инфекционность связана не с ДНК или РНК, а с белком.

Микроскопические грибы. Мицелярные и дрожжевые формы грибов. Морфология. Способы размножения. Тип питания. Классификация. Краткая характеристика отдельных групп микроскопических грибов. Распространение, роль в природе, практическое использование.

Микроскопические грибы широко распространены в природе и встречаются во всех районах земного шара на различных растительных субстратах, реже на субстратах животного происхождения. Они принимают активное участие в разложении органических остатков и в почвообразовательном процессе.

Многочисленные группы грибов приносят большой экономический ущерб, повреждая различные промышленные материалы.

Строение тела гриба. Вегетативное тело большинства грибов представляет собой грибницу или мицелий из ветвящихся нитей - гиф, толщина которых колеблется от 2 до 3 мкм. Такие грибы называют мицелиальными (еще их называют плесенями).

Отдельные виды микроскопических грибов не имеют мицелия. Это - некоторые представители низших грибов, а также дрожжи, представляющие собой одиночные округлые или удлиненные клетки.

Мицелий одних грибов клеточный - гифы разделены перегородками (септами), а клетки часто многоядерные; мицелий других неклеточный, гифы не имеют перегородок, и весь мицелий представляет собой как бы одну гигантскую клетку с большим числом ядер.

Из плотного сплетения гиф состоят так называемые плодовые тела грибов, в которых находятся органы размножения.

Мицелий начинает свое развитие из спор, прорастающих при определенной температуре и влажности. Сначала спора набухает, поглощая влагу из окружающей среды, затем оболочка ее разрывается и появляется одна или несколько ростовых трубок, являющихся началом нового мицелия. Первое время развитие гиф идет за счет запасных веществ споры, а в дальнейшем - путем адсорбции питательных веществ из субстрата.

В зависимости от характера роста различают субстратный и воздушный мицелий. Мицелий может развиваться частично в субстрате (субстратный мицелий), пронизывая его и всасывая из него воду и питательные вещества, а частично - на поверхности субстрата (воздушный мицелий) в виде пушистых, паутинообразных или тонких налетов, пленок.

Характер роста одного и того же гриба на субстрате может меняться в зависимости от условий среды (состав питательных веществ, влажность и пр.). Однако для некоторых видов этот признак постоянен. Например, образование пышного воздушного мицелия очень типично для многих грибов - разрушителей древесины. Воздушный и субстратный мицелий различаются по химическому составу и биохимической активности. Гифы, погруженные в субстрат, содержат больше резервных питательных веществ (гликоген, белки, жиры), чем воздушные.

В условиях плохой аэрации на жидких питательных средах иногда на поверхностях субстрата или в трещинах древесины грибы образуют пленки, состоящие из гиф, расположенных в разных направлениях. Внешне они напоминают замшу толщиной в несколько миллиметров. В дальнейшем от этой мицелиальной пленки отходят тяжи или простой мицелий, а иногда на ней развиваются плодовые тела.

У некоторых мукоровых грибов можно обнаружить образование дугообразных воздушных гиф - столонов. С их помощью гриб быстро распространяется по субстрату. Прикрепление столонов происходит при помощи ризоидов, которые развиваются как реакция на соприкосновение с любым твердым субстратом, например со стеклом (рис. 5).

Рис.5. Мукоровый гриб Phizopus stolonifer:
1 - мицелий; 2 - столон; 3 - конидиеносец; 4 - ризоиды

Строение грибной клетки. Клетки большинства грибов покрыты жесткой оболочкой, которая состоит из клеточной стенки и различных внеклеточных выделений. Клеточная стенка - основной структурный компонент оболочки. Она придает клетке устойчивую и характерную для нее форму, механически защищает от осмотического давления.

Клеточная стенка состоит на 80 - 90 % из полисахаридов; в небольшом количестве в ней имеются белки, липиды, полифосфаты. Основным полисахаридом клеточной стенки большинства грибов является хитин, некоторых - целлюлоза.

Обычно клеточная стенка имеет толщину около 0,2 мкм. Она составляет от 10 до 50 % сухой массы организма. Количество материала клеточной стенки в течение жизненного цикла грибов изменяется, как правило, с возрастом оно увеличивается.

Под клеточной стенкой расположена трехслойная цитоплазматическая мембрана толщиной около 8 нм. Она служит осмотическим барьером организма, контролирует избирательное поступление веществ в клетку.

Внутреннее содержание клетки можно разделить на мембранные структуры и цитоплазму. Цитоплазма представляет собой коллоидный раствор. В его состав входят ферменты, белки, аминокислоты, углеводы, нуклеиновые кислоты, гранулы запасных веществ. В цитоплазме грибов содержится сильно развитая система внутренних мембран.

К мембранным структурам относятся: эндоплазматический ретикулум; аппарат Гольджи; митохондрии.

Эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть) - мембранная система из взаимосвязанных канальцев (местами суживающихся или расширяющихся), которая пронизывает цитоплазму и связана с цитоплазматической мембраной и мембраной ядра. В этом органоиде происходит синтез многих веществ (липидов, углеводов и др.).

Митохондрии - образования из липопротеиновых мембран, в которых осуществляются энергетические процессы и синтезируется АТФ - вещество, богатое энергией.

Аппарат Гольджи - мембранная система, связанная с ядерной мембраной и с эндоплазматической сетью. К его многообразным функциям относится транспортирование веществ, синтезируемых в эндоплазматической сети, а также удаление из клетки продуктов обмена.

Рибосомы - очень мелкие, округлые, многочисленные образования. Часть их находится в свободном состоянии, часть прикреплена к мембранам. В рибосомах происходит синтез белка.

Лизосомы - мелкие округлые тельца, покрытые мембраной. В них содержатся ферменты, переваривающие (расщепляющие) поступающие извне белки, углеводы, липиды.

Ядро (или несколько ядер) окружено двойной мембраной. В ядре находятся ядрышко и хромосомы, содержащие ДНК. В ядерной оболочке расположены поры, обеспечивающие транспорт веществ от ядра к цитоплазме.

Вакуоли - полости, окруженные мембраной и заполненные клеточным соком, а также включениями запасных питательных веществ.

Способы размножения грибов. Особенностью грибов является большое разнообразие способов и органов размножения. Один и тот же гриб часто имеет несколько форм размножения.

Грибы размножаются вегетативным, бесполым и половым путями.

Вегетативное размножение происходит без образования специализированных органов - любая часть мицелия дает начало новому организму. Вегетативное размножение происходит обычно при поддержании культуры на искусственных питательных средах.

При бесполом и половом размножении образуются специализированные клетки - споры, с помощью которых и осуществляется размножение.

При бесполом способе размножения споры образуются на особых гифах воздушного мицелия, внешне отличающихся от других гиф.

У одних грибов споры образуются экзогенно (открыто) на вершине гиф снаружи их. Такие споры называются конидиями, а гифы, несущие их, - конидиеносцами (рис. 6).

Конидии образуются непосредственно на конидиеносце или на специальных клетках, расположенных на его вершине. Эти клетки обычно имеют форму бутылочек и называются стеригмами. Конидии располагаются на конидиеносцах (или на стеригмах) поодиночке, группами, цепочками и т.д.

У других грибов споры образуются эндогенно - внутри особых клеток, развивающихся на концах гиф. Эти клетки - вместилища спор - называются спорангиями, находящиеся в них споры - спорангиоспорами, а гифы, несущие спорангии со спорами, - спорангиеносцами (рис. 7).

У некоторых грибов в спорангиях образуются подвижные споры, снабженные жгутиками - зооспоры.

Спорангиоспоры и конидии бывают различной формы, размера и окраски, благодаря чему грибы в стадии спороношения имеют вид окрашенных налетов. Созревшие конидии осыпаются. При созревании спорангиоспор спорангии лопаются и из них высыпаются споры. Конидии и спорангиоспоры пассивно разносятся потоками воздуха на большие расстояния. Попав в благоприятные условия, споры прорастают в гифы.

Рис. 7. Спорангии и спорангиеносцы у грибов рода Мисоr:
1 - плодоносящий мицелий; 2 - спорангиеносец; 3 - спорангий со спорами

Распространение спор грибов, вызывающих повреждения материалов, обычно происходит при помощи ветра, дождя, насекомых, животных и человека. Споры бесполого размножения служат для быстрой колонизации субстрата. Заражение промышленных материалов происходит в основном с помощью спор бесполого размножения.

При половом размножении грибов спорообразованию предшествует половой процесс - слияние половых клеток с последующим объединением их ядер. При этом образуются специализированные органы размножения. Развитие этих органов и формы полового процесса у грибов многообразны.

Большинство грибов может размножаться бесполым и половым путем, такие грибы называют совершенными. Некоторые грибы не способны к половому размножению, их называют несовершенными.

Особенности способов размножения и строения органов размножения используют при распознавании грибов. Эти особенности лежат в основе их классификации.

Fungi, Mycota - самостоятельное царство эукариотических микроскопических и макроскопических свободноживущих и паразитических организмов, входящих в классы хитридиомицетов, гифохитридиомицетов, оомицетов, зигомицетов, аскомицетов, базидиомицетов, дейтеромицетов. Аско-, базидио- и дейтеромицеты относятся к высшим грибам, остальные - к низшим. Включает около 100 тыс. видов. Для человека патогенны около 100 видов. По морфологии различают мицелярные, дрожжевые и диморфные Г. Тело мицелярных Г. представляет собой систему из ветвящихся, разделенных или неразделенных перегородками нитей - гиф, к-рые образуют мицелий (см.). Мицелий находится в толще субстрата, на его поверхности и выходит из субстрата в воздух. У дрожжевых и дрожже-подобных Г. форма тела палочковидная, овальная или шаровидная. Размеры мицелярных Г. 1 - 10x100 мкм, дрожжей - 1,5 - 6x1,5 - 8 мкм. Клеточная стенка толстая, прочная, содержит хитин, хитинозан, целлюлозу, другие гликаны (пептидогликан отсутствует). С возрастом клеточная стенка утолщается, иногда в ней откладываются высокомолекулярные липиды, минеральные соли, пигменты. Капсулу образуют только криптококки. Споры некоторых Г. имеют сложно устроенные жгутики. Фимбрий у Г. нет. В клеточной мембране, как правило, содержатся стеролы. В протоплазме Г. располагаются несколько ядер с двойной мембраной, ядрышком и хромосомами, а также рибосомы, митохондрии, лизосомы, вакуоли, включения гликогена, волютина (крахмал отсутствует), развитая эндоплазматическая сеть. Тип питания Г. хемоорганотрофный, голофитный, тип дыхания аэробный, реже -факультативно-анаэробный , микроаэрофильный. Большинство Г.- мезофилы по температурному оптимому, но встречаются и психрофилы, термофилы, ацидофилы, алкалофилы, га-лотолерантные и галофильные виды. Усваивают и трансформируют широкий круг органических веществ. Многие виды выделяют в среду обитания вторичные метаболиты (антибиотики, токсины и др.). На питательных средах растут медленно при 25 -30°С, слабокислых значениях рН, образуют крупные, шероховатые, часто окрашенные колонии с воздушным мицелием. Способы размножения многообразны. Низшие Г. размножаются вегетативным способом, при к-ром мицелий распадается на фрагменты с образованием артро- или хламидоспор. Бесполое размножение состоит в образовании эндо- или экзоспор на специальных изолированных гифах-спорангиях. Половые способы размножения проявляются в слиянии 2 гаплоидных ядер или фрагментов мицелия с последующим редуцированным делением гаметы (мейоз). В процессе индивидуального развития мицелярные Г. проходят стадии споры®гифы®ценоцита®разветвленного мицелия®споры. Г. в биосфере находятся повсеместно. В зависимости от места обитания Г. разделяют на свободноживущие, симбиотические и паразитические. Свободноживущие Г. обитают в огромных количествах в воде и почве, относительно долгое время могут переживать в воздухе. Симбионты сожительствуют с водорослями (лишайники), растениями (микориза), человеком и животными (нормальная микрофлора). Паразитические Г. вызывают инфекции водорослей, растений, животных (см. Микозы).