К вопросу о сапронозах, психрофильности и патогенах

Почва селитебных территорий, агроценозов и агросферы в целом обладает функцией элиминации патогенных микроорганизмов благодаря в основном автохтонной микрофлоре, однако некоторые болезнетворные бактерии могут длительно сохраняться в почве, включаться в биоценозы, или почва и вода являются их основной средой обитания (возбудители ботулизма, столбняка, легионеллеза и др.). Продукты жизнедеятельности человека и домашних животных способствуют размножению и длительной жизнеспособности патогенов в почве и воде, а также приобретению у них разных видов
устойчивостей и вредных мутаций. Механизмы, обеспечивающие такие процессы, еще недостаточно изучены на уровне функционирования генома и регуляции метаболизма, что является одной из важных задач как для эпидемиологии, так для эпизоотологии и земледелия. 
В этой связи наибольшую значимость могут иметь такие явления, как возможность длительного существования патогенных бактерий во внешней среде – сапронозность и способность к размножению
в условиях низких температур – психрофильность. Разные исследователи относят к сапронозам целый ряд возбудителей таких инфекционных болезней, как лептоспироз, легионеллез, листериоз, мелиоидоз, псевдотуберкулез, иерсиниоз, сибирская язва, синегнойная инфекция, холера, клостридиозы (столбняк, газовая гангрена, ботулизм), рожа, сальмонеллез, пастереллез и некоторые другие.
Для более глубокого понимания поведения бактерий во внешней среде следует обратиться к теоретическим разработкам в области популяционной микробиологии и экологии. Известны разные стратегии поведения бактерий во внешней среде: r-стратегия связана с резкими колебаниями скорости размножения в зависимости от условий и наличия субстрата, К-стратегия определяется сохранением  устойчивого уровня размножения и метаболизма в переменных условиях и высокой конкурентоспособностью (Паников Н.С., Звягинцев Д.Г., 1983; Одум Ю., 1986). Большинство патогенных микроорганизмов, имеющих высокий репродуктивный потенциал, относятся к r-стратегам, что позволяет им бурно размножаться в фазу патогенности. Однако некоторые сапронозы могут менять метаболизм при недостатке питания и низкой температуре, во внешней среде. Так, Listeria monocytogenes обладают обоими видами стратегий, положительные свойства каждой из которых способствуют выживаемости популяции в фазах патогенности и сапрофитности (Беленева И.А., 1996).
Особую проблему представляет наличие патогенных биологических агентов в зоне вечной мерзлоты, где имеются колоссальные залежи органического углерода. Потепление климата и переработка
углерода в углекислый газ и метан могут привести к катастрофическим последствиям для планеты и будут способствовать еще более ускоренному оттаиванию мерзлоты. При оттаивании почвы, благодаря накоплению низкомолекулярных метаболитов сапрофитов и продуктов их аутолиза, локальной ферментации продуктов жизнедеятельности животных и их останков, создаются благоприятные условия для активации патогенных микроорганизмов, попавших в почву с трупами животных 10–20 тыс. лет назад (в основном споровых форм – родов Bacillus и Clostridium), а также в современный период. Это может привести к большей вероятности заражения животных активированными патогенами и их передачи к человеку. Такое явление наблюдалось в 2016 г. при вспышке сибирской язвы в Ямало-Ненецком автономном округе, где заболели большое количество оленей, от которых заразились люди.
Наши исследования проб вечной мерзлоты из Якутии позволили выявить несколько штаммов облигатных психрофильных сапрофитных бактерий рода Bacillus, которые не росли при комнатной температуре. Это говорит о высокой вероятности приспособляемости бактерий к условиям размножения при низких температурах и утрате способности роста в нормальных условиях. Кроме
того, выделение нами культур вирулентного сибиреязвенного микроба из вечной мерзлоты на глубине 2 и 3 метра может свидетельствовать о периодическом возобновлении жизнедеятельности
данного вида микробов, наличии у него сапрофитической фазы размножения при сохранении основных факторов патогенности. Экспериментальные данные (Соркин Ю.И., 1988) также свидетельствуют
о возможности активного размножения данного микроорганизма в почве, включаясь в почвенную биоценотическую систему. Это, как мы видим из опыта ямальской вспышки, имеет и выраженное эпидемиологическое значение. По-видимому, сибиреязвенный микроб в сапрофитической фазе реализует К-стратегию, медленно размножаясь и экономя энергию для выживания, а в фазу патогенности является r-стратегом, интенсивно потребляя субстраты роста, синтезируя факторы вирулентности, достигает максимальной плотности популяции, а затем и спор. Такой приспособительный механизм, по-видимому, свойствен только сапронозам, тогда как сапрофиты в нем не нуждаются и реализуют только К-стратегию. 
Большой интерес представляют данные об изменении метаболизма бактерий при переходе к психрофильности. Так, экономический коэффициент роста псевдотуберкулезного микроба по глюкозе в 5–7 раз выше при низкой температуре, чем при 37°С (Г.П.Сомов, 1988), что говорит о наличии механизма сохранения жизнеспособности популяции в сапрофитической фазе и реализации r-стратегии выживания. В последние годы проводятся углубленные молекулярно-генетические исследования регуляции психрофильности, в основном на модели Yersinia, что позволило выявить новый регуляторный  сенсорный белок, участвующий в процессе переключения метаболизма в условиях существования популяции при низких температурах и играющий существенную роль в проявлении вирулентности
возбудителя (Herbst К., 2013; Righetti F., 2016; Nuss А.М., 2016). 
Исследования стратегий поведения популяций бактерий в паразитической и сапрофитической фазах размножения, а также изменения их метаболизма при переходе к росту в условиях низких
температур являются одной из задач современной бактериологии, которая должна быть решена на основе использования современных геномных и постгеномных методологий, с применением
системного анализа для целей выбора стратегии и тактики санации почвенных очагов опасных болезней.

И.А.Дятлов
Директор ФБУН «Государственный научный центр
прикладной микробиологии и биотехнологии»
Роспотребнадзора, академик РАН,
доктор медицинских наук, профессор


Яндекс.Метрика