ЗООЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2010, том 89, № 1, с. 48-52
УДК 579.834.115:574:576.89:577.74:577.214
ПАРАЗИТИЧЕСКИЕ И СВОБОДНОЖИВУЩИЕ ЛЕПТОСПИРЫ (LEPTOSPIRACEAE): ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
© 2010 г. Ю. В. Ананьина
Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи РАМН,
Москва 123098, Россия e-mail: Yulia.Ananyina@mail.ru Поступила в редакцию 01.07.2009 г.
Рассмотрены некоторые вопросы сравнительной экологии паразитических и свободноживущих лептоспир в контексте молекулярно-генетических исследований. Представителей семейства Lep-tospiraceae отличает выраженное фенотипическое и генотипическое разнообразие, определяющее их способность колонизировать многочисленные места обитания.
Спирохеты (класс Spirochaetes, порядок Spiro-chaetales), к которым относится семейство Lep-tospiraceae, занимают особое положение в иерархии эубактерий, отличаясь уникальной архитектоникой клетки и своеобразным способом движения. Микроорганизмам этой группы свойствен широкий диапазон экологического разнообразия: среди них встречаются как свободножи-вущие формы, обитающие в почве, пресной и морской воде, так и симбионты, ассоциированные с хозяевами различных видов — от простейших, термитов, моллюсков до членистоногих. Некоторые виды патогенны для человека и животных. Патогенные спирохеты родов Treponema, Borrelia и Leptospira являются возбудителями многих острых и хронических инфекций человека и животных — от трансмиссивных (клещевые бор-релиозы) и нетрансмиссивных (лептоспирозы) природно-очаговых зоонозов до типичных антро-понозов (сифилис, фрамбезия, пинта, эндемический сифилис). Спирохет некоторых видов, например, оральных и кишечных, относят к условно-патогенным микроорганизмам. Сейчас интенсивно изучается их возможная роль в составе сложных микробных сообществ в этиологии пародонтоза, язвенного гингивита и других патологических состояний.
Генетические исследования последних лет подтвердили эволюционное родство спирохет: методом секвенирования 16S рРНК установлена их принадлежность к одной из древнейших филогенетических ветвей эубактерий. Прежде всего, это относится к лептоспирам, расположенным в "прикорневой" развилке эволюционных путей (Paster et al., 1991).
Лептоспирозы — группа нетрансмиссивных природноочаговых инфекций, занимающая первое место среди зоонозов по широте распространения природных и антропургических очагов.
Убиквитарное распространение лептоспирозов в мире связывают с широким спектром резервуар-ных хозяев патогенных лептоспир и восприимчивых к ним видов животных (Ананьин, Карасева, 1961).
Представителей семейства Ьер1о8ркасеае отличает выраженное фенотипическое и генотипическое разнообразие, определяющее их способность колонизировать многочисленные места обитания. Среди лептоспир выявлены как сво-бодноживущие (сапрофитные) формы, обитающие в почве, пресной и морской воде, так и паразитические, как правило, патогенные для человека и животных. В современной классификации к патогенным лептоспирам причислены более 250 сероваров, которые отличаются по хозяинной (гостальной) специфичности, органотропности, способности к продолжительному существованию во внешней среде, а также другим признакам, значимым в клинико-эпидемиологическом контексте (Чернуха, Ананьина, 1992; Ананьина, 2000). Высказывалось мнение о принадлежности всех патогенных лептоспир (Терских, 1958; Литвин и др., 1997) или их отдельных представителей, например, Ь. ктекпеп серовара §г1рро1урИо8а, (Ананьина, 2000), к возбудителям сапронозов. Последним свойствен обширный ареал в различных климато-географических условиях, широкий видовой спектр резервуарных хозяев, включающий далекие в филогенетическом и экологическом отношении виды (полевки, обские лемминги, овцы, коровы и др.), преимущественно водный путь передачи инфекции, способность к продолжительному существованию во внешней среде.
В предшествующих обзорах (Апапута е! а1., 2006 и др.) был представлен анализ экологического разнообразия лептоспир, основанный на результатах полевых наблюдений и экспериментальных исследований отечественных и зарубеж-
ПАРАЗИТИЧЕСКИЕ И СВОБОДНОЖИВУЩИЕ ЛЕПТОСПИРЫ
49
ных лептоспирологов различных поколений и школ. В этой работе рассматриваются некоторые вопросы экологии лептоспир в контексте полученных в последние годы данных молекулярно-генетических исследований.
В догеномную эру в пределах рода Leptospira традиционно выделяли два вида — L. interrogans (паразитические/патогенные) и L. biflexa (сапро-фиты/непатогенные), дифференцируемые на основе источника выделения и не всегда достоверных фенотипических признаков (гемолитическая, лецитиназная и оксидазная активность, чувствительность к ингибирующему действию 8-азагуанина, 2,6-диаминопурина, особенности морфологии клеток и др.). Использование основного дифференцрующего признака — патогенно-сти для лабораторных животных — ограничено отсутствием универсальной биологической модели, в равной степени чувствительной к лептоспи-рам различных сероваров.
На протяжении многих десятилетий это подразделение было излюбленным предметом таксономических дискуссий на тему, относятся ли паразитические лептоспиры и их свободноживущие морфологические двойники к различным видам либо они представляют один вид, состоящий из двух комплексов (Borg-Petersen, 1966).
Впоследствии первоначальная классификация лептоспир нашла подтверждение в исследованиях с использованием различных методов филогенетического анализа. Как показали результаты секвенирования 16S rRNA (Paster et al., 1991) и 16S rDNA (Hookey, 1992), кластер лептоспир четко подразделяются на две монофилетические группы: паразитические (L. interrogans sensu lato) и свободноживущие лептоспиры (L. biflexa sensu lato), относящиеся к одному роду Leptospira (уровень гомологии 90.3%). Таким образом, впервые была подтверждена гипотеза о наличии филогенетической взаимосвязи между экологически обособленными группами лептоспир. Результаты этих исследований стали научной основой для решения Международного комитета по таксономии лептоспир (г. Токио, 1991) о повышении ранга рода Leptospira, ранее входящего в семейство Spiro-chaetaceae, и придания ему статуса самостоятельного семейства Leptospiraceae.
История изучения свободноживущих лептоспир (Leptospira biflexa sensu lato) ведет начало с 1914 г., с момента выделения Волбахом (Wolbach) и Бингером (Binger) (цит. по Ананьин, 1971) леп-тоспир-сапрофитов из воды пруда около Бостона и последующей их идентификации как спирохет нового рода. Однако до сих пор сведения об экологических особенностях и метаболизме спирохет этой группы достаточно фрагментарны. Имеются отдельные сообщения, свидетельствующие о высокой экологической пластичности лепто-спир-сапрофитов, позволяющей им выживать в
широком диапазоне условий внешней среды. Принято считать, что они относятся к наиболее распространенным на земном шаре олиготроф-ным микроорганизмам. Помимо способности существовать неопределенно долгое время во внешней среде свободноживущие лептоспиры обладают большей устойчивостью, чем патогенные, к ультрафиолетовому облучению, температуре (от—196°С в жидком азоте до +60°С в термальных источниках), рН, осмотическому давлению, влажности (Cinco, 1986). Значительно более выраженное, чем у патогенов, антигенное и генетическое разнообразие свободноживущих лепто-спир обусловлено селективным давлением на их популяции множества факторов внешней среды.
Лептоспиры-сапрофиты также менее требовательны к составу искусственных питательных сред и характеризуются большей скоростью роста. Различия в генерационном времени обусловлены тем фактом, что в геноме L. biflexa рибосом-ные гены представлены двумя копиями rrl, rrs и rrf генов, кодирующих 5S, 23S и 16S рРНК, соответственно, а у патогенных (L. interrogans серовар Lai) имеется только одна копия rrs гена (Nasci-mento et al., 2004).
При совместном культивировании сапрофитных и патогенных лептоспир происходит быстрое подавление роста и элиминация последних, вероятно, вследствие конкурентного исключения.
Согласно современной классификации семейство Leptospiraceae представлено тремя родами: Leptonema и Turneria, каждый из которых включает только один вид (L. illini и L. parva, соответственно), а также род Leptospira, включающий два номенвида (L. interrogans sensu lato и L. biflexa sensu lato). Из перечисленных видов только L. interro-gans представлен патогенными для человека и животных лептоспирами, остальные виды представлены сапрофитами.
Постоянное пополнение семейства лептоспир новыми видами и родами лептоспир — сапрофи-тов имеет объяснение. В различные периоды от животных и больных людей изолировали лептоспир, которые по источнику выделения были отнесены к патогенным видам. Например, L. inadai, выделенные из кожного биоптата больного Лайм-боррелиозом (Schmid et al. 1986). Более детальное изучение их фенотипических свойств дало основание для предположения, что они являются сапрофитами — контаминантами коммерческих питательных сред. Их идентификация как патогенов новых видов и родов (Turneria parva, Leptonema illini, Leptospira inadai и др.), вероятно, была результатом технической ошибки (Cinco, 1986; Ананьина, 2000).
Очевидно, что включение так называемых псевдопатогенов в панели эталонных штаммов для реакции микроагглютинации лептоспир ("золотой стандарт" лабораторной диагностики) мо-
50
АНАНЬИНА
жет привести и приводит к диагностическим ошибкам. С целью разработки метода генетической дифференциации основных экологических групп лептоспир нами проведен анализ распространения гена, кодирующего липопротеин LipL32, на "исторической" коллекции типовых и полевых штаммов, различаюхся по месту, времени и источнику выделения (1915—2004 гг.). В результате установлено, что ген, кодирующий синтез липопротеина LipL32, представлен в ДНК патогенных лептоспир всех известных геномовидов, в том числе отнесенных к возбудителям сапронозов (L. kirschneri, серовар grippotyphosa). Напротив, в ДНК лептоспир-сапрофитов (L. biflexa, L. wol-bachii и др.) ген lipL32 не определялся, равно как и у штаммов с неопределенным так
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.