Введение к работе
Актуальность проблемы. Итогом экспериментальных и теоретических разработок последних десятилетий явилось признание факта самостоятельного существования ряда патогенных микроорганизмов в почвах и водоемах, способных служить естественной средой обитания возбудителей сапронозов СТерских, 1958). Тогда на повестку дня встал вопрос о конкретных факторах и механизмах, обеспечивающих существование возбудителей инфекций в так называемой сапрофити-ческой фазе. К таким факторам в почвах и водоемах относят абиотические (температура, влажность, рН, органический состав, содержание солей, микроэлементов) и биотические, включающие микрофлору (бактерии, грибы, дрожжи), микро- и мезофауну (простейшие, черви, членистоногие и др.), а также водоросли и корневую систему высших растений.
Детально и многосторонне изучено воздействие абиотических факторов на существование и популяционную динамику ряда патогенных бактерий - псевдотуберкулезного микроба, кишечных иерсиний, листерий и др. (Сомов и др.,'1974. 1979; Варвашевич, 1978; Макси-менкова, 1987; Гершун, 1988 и др.). Известен ряд работ по экологии эризипелотриксов (Головачева, 1966; Белова, 1972), псевдомонад (Беляков, Ряпис, 1988), а также некоторых других возбудителей сапронозных (сапрозоонозных) инфекций.
Внимание к специальному изучению биотических факторов привлечено сравнительно недавно. Пионерскими были работы по взаимодействию легионелл со свободноживущими амебами и инфузориями, а также сине-зелеными водорослями СAnand е. а., 1983; Fields е.а., 1984; 1986; Fliermans, 1983; Holdene.a. , 1984; Rowbotham, 1980; Tison, 1980). В этом цикле констатирован факт совместного существования легионелл со свободноживущими простейшими; на ультраструктурном уровне доказана способность возбудителя размножаться внутри амеб и инфузорий.
Обобщение материалов по экологии многих патогенных бактерий привели к выводу об определяющей роли биотических факторов при их суиествовании в окружающей среде (Литвин, 1988; 1991).
Вместе с тем остаются невыясненными важные вопросы: круг возможных хозяев возбудителей сапронозов и конкретные пути их цир-
-г -
куляции в почвенных и водных экосистемах; динамика численности бактериальных популяций в сообществах окружающей среды; вирулентность и изменчивость бактерий при взаимодействии с хозяевами; характер фагоцитоза простейшими и его результат для возбудителя и хозяев.
Все эти моменты в совокупности определяет значение тех или иных обитателей почвы и воды как природных резервуаров патогенных бактерий, а также возможные пути передачи возбудителей, что обеспечивает их устойчивое существование в почвенных и водных сообществах. В отличие от наземных экосистем, где традиционно изучались природные хозяева и закономерности циркуляции возбудителей при-родкоочаговых болезней человека, почвенные и водные экосистемы как компоненты природных очагов инфекций практически не изучены.
Цель работы - экспериментальное изучение закономерностей существования различных патогенных бактерий в почвенных и водных биоценозах, а также факторов И механизмов, обеспечивающих эти закономерности.
Основные задачи:
-
Разработать методические подходы для анализа взаимодействий патогенных бактерий с простейшими и другими гидробионтами на популяционном, клеточном и ультраструктурном уровнях.
-
Оценить динамику численности иерсиний, псевдомонад, лис-терий, зризипелотриксов, стафилококков в ассоциации с простейшими.
-
Определить характер, ультраструктурные механизмы и исход взаимодействия грамотрицательных и грамположительных бактерий с организмом инфузорий.
-
Выявить биотические факторы, способные поддерживать вирулентность возбудителя при обитании в почве и воде.
-
Изучить возможную изменчивость основных свойств патогенных бактерий в 'ходе взаимодействия с простейшими.
-
Экспериментально установить круг потенциальных хозяев патогенных иерсиний в водных экосистемах среди различных животных -обитателей планктона, бентоса и нектона; определить динамику численности возбудителя в ассоциации с различными гидробионтами.
-
Проверить в условиях эксперимента возможность миграции иерсиний по основным трофическим цепям водкой экосистемы с учао-
тием различных гидробионтов.
8. На математических моделях оценить динамику заражения гидробионтов в процессе передачи иерсиний и концентрацию возбудителя на разных уровнях трофической пирамиды.
Научная новизна
Анализ взаимодействий различных патогенных бактерий (иерсиний, псевдомонад, листерий, эризипелотриксов,- стафилококков) с инфузориями на популяционном, клеточном и ультраструктурном уровнях позволил впервые оценить численность, гетерогенность и изменчивость бактериальной популяции в ассоциации с проетейшими.
Выявлены новые закономерности внутриклеточного паразитизма ряда патогенных бактерий в организме простейших: селекция устойчивых к перевариванию микробных клеток, незавершенность фагоцитоза, Л - трансформация бактерий. Установлена аналогия процессоз фагоцитоза иерсиний в эволюционно отдаленных эукариотических клетках - простейших и макрофагах млекопитающих.
Впервые показано усиление одного из важных факторов вирулентности - устойчивости к фагоцитозу - в процессе пассирования иерсиний, листерий и псевдомонад как через инфузорий, так и через макрофаги млекопитающих.
Впервые выявлена изменчивость ряда фенотипических признаков (морфологических и культуральных свойств, биохимической активности, цитопатогенности) у иерсиний, псевдомонад, листерий, эризипелотриксов, стафилококков в результате взаимодействия с простейшими.
В результате экспериментальных исследований выявлен широкий круг неизвестных ранее потенциальных хозяев псевдотуберкулеэного микроба (простейшие, низшие ракообразные, черви, моллюски, личинки насекомых, рыбы, водные растения) и' впервые оценена динамика численности возбудителя в ассоциации с данными гидробионтами.
Впервые экспериментально доказана возможность миграции возбудителя по различным трофическим цепям водного сообщества - от простейших до рыб; в математических моделях оценены динамика заражения гидробионтов и вероятные концентрации иерсиний на разных трофических уровнях сообщества.
Сформулирована и экспериментально обоснована оригинальная гипотеза клонально-селекционного механизма, обеспечивающего под-
- Ч -
дерзание численности и вирулентности патогенных оактерий в почвенных и водных сообществах.
Практическая значимость
Методы и результаты исследований автора нашли применение в работе Российского научно-исследовательского противочумного института "Микроб" С г. Саратов) и научно-исследовательского противочумного института Сибири и Дальнего Востока (г. Иркутск).
Разработки, представленные в диссертации, оформлены в виде следусщих методических рекомендаций:
-
"Анализ взаимодействий патогенных бактерий с инфузориями на популяционном, клеточном и ультраструктурном уровнях" Сутверждены Федеральным управлением медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве РФ).
-
"Изучение гидробионтов как потенциальных хозяев возбудителей инфекций" (утверждены Федеральным управлением медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве РФ).
Отработан экспресс-метод оценки общей цитотоксичности микроорганизмов, веществ, соединений с использованием аксенической культуры инфузорий для первичного скрининга их биологической безопасности.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на объединенном пленуме Проблемных комиссий "Природноочаговые болезни человека", "Медицинская микробиология", "'Научные основы дальнейшего снижения и ликвидации заболеваемости инфекционными болезнями", посвященном экологии возбудителей сапронозов (Новороссийск, 1988), на XII Всесоюзной конференции по природной очаговости болезней (Новосибирск, 1989), УІ Всероссийском съезде микробиологов, эпидемиологов и паразитологов (Н-Новгород, 1991), Юбилейной научно-практической конференции НИШ им. Пастера (С-Петер-бург, 1993). Фрагменты работы отмечены премиями на конкурсах научных работ НИИЭМ им. Н.Ф.Гамалеи (1989, 1991 г.г.).
Диссертация апробирована на совместной конференции отдела природноочаговых инфекций, отдела медицинской микробиологии и отдела эпидемиологии НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи РАМН 26 мая 1994 г. (протокол .48).
Публикации. По материалам диссертации опубликована 31 работа
(см. список).
Структура и объем диссертации. Диссертация написана в монографическом стиле и включает: введение, 6 глав результатов собственных исследований и их обсуждения, заключение и выводы. Список литературы содержит 217 наименований отечественных и зарубежных работ. Диссертация изложена на 210 страницах машинописного текста и иллюстрирована 13.таблицами, 80 рисунками и фотографиями.