Збудник туберкульозу, відкритий в 1882 р R. Koch, відноситься до класу Schizomycetes, порядку Actinomicetales, сімейству Mycobacteriaceae, роду Mycobacterium.
Більшість видів мікобактерій туберкульозу (МБТ) відносяться до сапрофітним мікробам.
Група облігатних паразитів серед МБТ незначна і представлена п'ятьма видами, які утворюють групу Mycobacterium tuberculosis complex:
- М. tuberculosis humanus - людський тип, що викликає 80-85% всіх захворювань на туберкульоз у людей;
- М. tuberculosis bovines - бичачий тип, викликає 10-15% всіх захворювань у людей (початково стійкий до піразинаміду);
- М. tuberculosis bovines BCG - вакцинний штам;
- М. tuberculosis africanus - африканський тип, що викликає до 90% захворювань у людей Південної Африки (початково стійкий до тіацетазону);
- М. tuberculosis microti - мишачий тип, що викликає захворювання у польових мишей і рідко у людини.
Основними видовими ознаками МБТ є патогенність і вірулентність.
Патогенність - здатність збудника жити і розмножуватися в тканинах живого організму і викликати специфічні відповідні морфологічні реакції, що призводять до певної нозологічної формі патології - туберкульозу.
Вірулентність проявляється насамперед у інтенсивності розмноження МБТ та її здатності викликати специфічне ураження в тканинах і органах макроорганізму, а також імунологічні реакції і формування специфічного імунітету. Сільновірулентние МБТ у чутливих видів тварин (морська свинка) нестримно розмножуються в організмі і неминуче призводять до загибелі.
Слабовірулентнимі, зокрема М. tuberculosis bovines BCG (вакцинний штам), викликають у тканинах мінімальні специфічні реакції, швидко руйнуються і виділяються з організму. У той же час вони ініціюють імунологічну перебудову і формують специфічний імунітет.
Важливою відмінністю маловірулентних і вірулентних МБТ є їх ставлення до фагоцитозу макрофагами макроорганізму. Маловірулентние МБТ після розмноження захоплюються макрофагами і руйнуються. Вогнища, викликані цими МБТ, піддаються розсмоктуванню. Вірулентні МБТ після фагоцитозу макрофагами не руйнуються, а навпаки, розмножуються в них і можуть викликати загибель фагоцити. Виниклий туберкульозний вогнище не береться зворотному розвитку і прогресує.
Збудниками туберкульозу у людини найбільш часто (92% випадків) є М. tuberculosis humanus, a M. tuberculosis bovis і М. tuberculosis africanum викликають розвиток туберкульозу у людини приблизно в 5% і 3% випадків відповідно.
До нетуберкульозні мікобактерій, також абсолютно патогенними для людини, відноситься М. leprae, що не росте на поживних середовищах.
Інші мікобактерії, які налічують понад 50 видів, відносяться до нетуберкульозні мікобактерій, що не викликає специфічних морфологічних уражень у людини. За своїми морфологічними властивостями вони не відрізняються від МБТ, але є самостійними видами мікобактерій.
Захворювання, що викликаються нетуберкульозні мікобактеріями, отримали назву микобактериозов. Внаслідок природної стійкості цих мікобактерій до більшості протитуберкульозних препаратів лікування цих захворювань представляє певні труднощі.
В даний час за класифікацією Runyon (Раньен) (1965) виділяють чотири групи нетуберкульозних мікобактерій:
- Група 1 - фотохромогенние, що утворюють пігмент після експозиції на світлі. Потенційно патогенними для людини є М. kansasii, M. marinum, M. simiae.
- Група 2 - скотохромогенние, що утворюють пігмент жовто-оранжевого кольору в темряві, - це найбільша група серед нетуберкульозних мікобактерій (60-70%). Потенційно патогенними для людини є М. scrofulaceum, M. xnopi, М. szulgal.
- Група 3 - нехромогенние, що не утворюють пігмент. Потенційно патогенними для людини є М. avium, M. inracellulare, М. ulcerans, M. paratuberculosis, M. heamophilum. Перші три групи відрізняються тим, що вони повільно (1 - 12 тижнів) ростуть на поживних середовищах.
- Група 4 - швидко зростаючі (3-5 діб). Потенційно патогенними для людини є М. fortuitum, М. chelonae, M. abscessus.
Для виявлення МБТ використовують світлову і люмінесцентну мікроскопію, культуральні методи і автоматизовані системи. Досить активно розвиваються і молекулярно-генетичні методи. Дослідження різних діагностичних матеріалів для виявлення МБТ грає провідну роль в діагностиці туберкульозу.
Хімічний склад МБТ складний і своєрідний. До складу мікобактеріальній клітини входять вода (85,9%), білки, вуглеводи, ліпіди і мінеральні солі.
Ліпіди складають від 10 до 40% сухої речовини; найактивнішої фракцією є фосфатидними. Вона викликає в интактном організмі специфічну тканинну реакцію з утворенням епітеліоїдних і гігантських клітин Пирогова-Лангханса.
Головними глікопептидами є сульфопептіди, фосфатіділінозітоманнозіди, мікозіди і арабіноліпіди (трегалоза-6,6-діміко-лат), що визначаються як корд-фактор, який обумовлює склеювання МБТ і їх зростання у вигляді кіс на поживних середовищах. Ці речовини є ендотоксинами.
Корд-фактор, або фактор вірулентності, розташований у вигляді моношару і складається на 30% з Трегалаза і на 70% з міколевой кислоти; з ним пов'язують стійкість МБТ до впливу розчинами кислот, лугів і спиртом.
На білковий компонент, що складається з різних туберкулопротеінов, припадає 56% сухої речовини. До його складу входять майже всі відомі амінокислоти. Мінеральні речовини - кальцій, фосфор, магній, калій, залізо, цинк і марганець у вигляді різних сполук складають близько 6%.
МБТ - грампозитивні прямі або злегка зігнуті нерухомі палички, патогенні для людини і багатьох видів тварин. Найбільш сприйнятливими до зараження вважаються морські свинки.
МБТ за формою нагадують палички довжиною 1 - 10 (частіше 1-4) мкм, шириною 0,2-0,7 мкм; по виду можуть бути гомогенними або зернистими зі злегка загнутими краями.
Електронно-мікроскопічне дослідження МБТ дозволило диференціювати в них мікрокапсулу, багатошарову клітинну мембрану, цитоплазму з органелами (гранули, вакуолі, рибосоми) і ядерну субстанцію (нуклеотид).
Мікрокапсула складається з полісахаридів і відіграє важливу роль в життєдіяльності МБТ, в тому числі надає їм стійкість до несприятливих впливів зовнішнього середовища.
Товста клітинна стінка, насичена ліпідами, обмежує клітку зовні, забезпечуючи механічну і осмотичну захист. Стінка МБТ складається з чотирьох шарів. Перший, внутрішній, шар утворений пептідогліканов; наступні шари включають в себе міколевие кислоти, гліколіпіди, віск і корд-фактор (фактор вірулентності), що зв'язує окремі клітини в коси і який токсично діє на макрофаги при фагоцитозі. Такий склад клітинної стінки визначає стійкість МБТ до впливу кислот і лугів, а також високу гідрофобність клітини в цілому.
Відповідно до сучасних уявлень, до складу цитоплазматичної мембрани, розташованої під клітинною стінкою, входять ліпопротеїдні комплекси. З мембраною пов'язані ферментні системи. У цитоплазматичної мембрані здійснюються процеси, відповідальні за специфічність реакцій МБТ клітини на фактори навколишнього середовища.
Цитоплазма МБТ складається з гранул і вакуолей різної величини. Основна частина дрібногранулярна включень представлена рибосомами, на яких синтезується специфічний білок.
Ядерна субстанція М БТ визначає специфічні властивості клітини, найважливішими з яких є синтез білка і передача спадкових ознак потомству.
Для нормального розвитку МБТ мають потребу в кисні, тому їх відносять до аеробам. Споживання кисню мікробної клітиною пов'язано з окислювально-відновним і процесами в тканинах макроорганізму. При формуванні гранульом розмноження МБТ через зниження в них парціального тиску кисню (Р02) сповільнюється, проте є відомості, що деякі види МБТ можна розглядати, як факультативні анаероби.
Розмноження МБТ відбувається шляхом простого поділу клітини. При електронно-мікроскопічному дослідженні встановлено, що розподіл починається з двостороннього вдавлення цитоплазматичної мембрани в цитоплазму. При з'єднанні цих перегородок утворюються дві дочірні особини.
Цикл простого ділення материнської клітини на дві дочірні займає від 13-14 год до 18-24 год. Мікроскопічно видимий зростання мікроколоній на рідких середовищах можна виявити на 5-7-й день, видимий зростання колоній на поверхні твердого середовища - на 12-20- й день.
Відомий складніший цикл ділення - брунькування. На певному етапі велике гранулярне освіту на одному з полюсів клітини, оточене невеликою частиною цитоплазми, починає переміщатися до периферії клітини, утворюючи опуклість на поверхні клітинної
мембрани. Надалі горбок збільшується в розмірах і відгалужується від материнської клітини у вигляді освіти кокковидной форми.
Усередині цих форм відбувається ряд перетворень, в результаті яких в них поступово формуються звичайні кислотостійкі палички. Весь цикл розмноження і відтворення продовжується приблизно 7-9 діб.
Іншим можливим способом розмноження МБТ є спорообразование, що ріднить їх з актиноміцетами. При цьому процесі в цитоплазмі клітини відбувається збільшення декількох кулястих структур, що мають вигляд зерен. Повільно зникає цитоплазма, зерна звільняються з клітки і можуть в подальшому проростати в нові особини. У МБТ виділені два гена (sigF nwhi В) утворення спор, які діють в латентній фазі росту збудника.
Одним з характерних властивостей МБТ є їх здатність змінюватися під впливом зовнішніх факторів. Поліморфізм збудника проявляється в освіті ниткоподібних актіноміцетного, коккоподібних і лікарсько-стійких форм.
Іншою формою клітинного поліморфізму є утворення L-форм, обумовлене втратою щільної клітинної стінки і утворенням сферопластов, оточених цитоплазматичної мембраною, схожою з мембраною клітин макроорганізму.
У зв'язку з такою перебудовою змінюється не тільки морфологія МБТ, а й антигенний склад, і ступінь патогенності для людини і тварин.
L-форми МБТ стійкі до більшості протитуберкульозних препаратів і характеризуються різко зниженим рівнем метаболізму і ослабленою вірулентністю. L-форми можуть тривалий час персистувати в організмі і підтримувати протитуберкульозний імунітет. При зниженні імунореактивності організму вони здатні активізуватися, перетворюватися в типові мікобактерії, викликаючи реактивацію специфічного процесу. Виявлено ген бере участь у перетворенні типових МБТ в L-форми.
МБТ можуть також існувати у вигляді ультрадрібних фільтруються форм, що представляють собою частки (0,22-0,24 мкм) округлої форми, деякі з них оточені щільною клітинною стінкою.
Таким чином, МБТ мають свій закономірний факультативний цикл розвитку: існування і розмноження у вигляді типових паличковидних мікобактерій при сприятливому для них стан навколишнього середовища.
При несприятливому зміні будь-яких параметрів середовища проживання МБ втрачають клітинну стінку і трансформуються в L-форми, що володіють підвищеною стійкістю до шкідливих впливів - гіпоксії, дії протитуберкульозних препаратів та ін.
Вони набувають здатність довго зберігатися і навіть розмножуватися брунькуванням у вигляді зернистих різної величини куль. При тривалому несприятливому впливі (наприклад, тривалий курс хіміотерапії) зернисті кулі (Z-форми) можуть розпадатися на дрібні некіслотоустойчівие фільтрівні форми. При виключення несприятливих факторів фільтрівні і L-трансформовані форми МБТ реверсують в класичну паличкоподібну форму.
В даний час повністю розшифровано геном МБТ. Він має довжину 4 411 529 пар нуклеотидів, які майже в 70% представлені гуаніном і цитозином. Нуклеотид містить 4000 генів, з яких 60 кодують компоненти РНК. Для МБТ є унікальні гени, зокрема гени mtp40n mpb 70, які застосовуються для виявлення МБТ в полімеразно-ланцюгової реакції (ПЛР).
У геномі представлені гени різноманітних ферментів, необхідні для ліпідного обміну, гліколізу, циклу трикарбонових кислот і глиоксилатного шляху.
Видоспецифічні антигени МБТ знаходяться в клітинній стінці. Вони викликають в організмі розвиток реакцій клітинного імунітету і антителообразование. Антигенними властивостями володіють також білки, полісахариди і ліпіди.
Останнім часом ведуться інтенсивні дослідження по виділенню і очищенню різних антигенних компонентів МБТ з подальшим випробуванням їх імунологічних властивостей. Такі антигени можуть бути отримані як з фільтратів культур, так і зруйнованих різними способами мікобактерій за допомогою методів фізико-хімічного впливу, або афінної хроматографії на полі або моноклональні антитіла, або з використанням генної інженерії.
Білки викликають шкірні реакції і стимулюють лімфоцити в культурі тканини у заражених МБТ морських свинок. Низькомолекулярні білки, отримані з фільтратів культур МБТ, мають туберкулінової активністю. Високомолекулярні білки можуть викликати підвищену чутливість (гіперчутливість) сповільненого типу (ГСТ) і посилювати фагоцитоз макрофагів.
В серологічних реакціях беруть участь переважно полісахариди МБТ, головними з яких є глюкан, маннан, арабіноманнан і арабіногалактан.
Ліпіди також мають імунологічну активність і забезпечують в різних антигенних комплексах ад'ювантне дію. Фосфатидними фракція ліпідів викликає специфічну тканинну реакцію з утворенням в організмі експериментальних тварин (морські свинки) епітеліоїдних і гігантських клітин Пирогова-Лангханса.
МБТ мають великий стійкістю до несприятливих впливів зовнішніх фізичних і хімічних чинників внаслідок особливостей клітинної стінки і високий вміст в ній ліпідів.
У грунті і воді МБТ залишаються життєздатними близько року. У висохлої мокроті вони можуть зберігатися до 10-12 міс (в житловому приміщенні), в книгах - 3-4 міс.
Ліофілізовані і заморожені МБТ зберігають життєздатність 30 і більше років. Сухий жар при 100 ° С надає на них згубно діють протягом 60 хв.
У сирому молоці МБТ виживають 14-18 діб, скисання молока не веде до їх загибелі. У маслі і сирі МБТ не гинуть протягом 8-10 міс. При прогріванні молока вони витримують нагрівання 55-60 ° С протягом 60 хв, нагрівання 70 ° С - протягом 20 хв, кип'ятіння вбиває МБТ протягом декількох хвилин.
Характерною особливістю МБТ є їх стійкість до хімічних речовин: кислот, лугів, спирту. Слабкі розчини сірчаної кислоти або 10-15% гідроксид натрію не вбивають МБТ протягом 30 хв.
Більш тривала дія концентрованих розчинів кислот виявляється для них згубними: 5% розчин карболової кислоти і 5% розчин формаліну вбивають МБТ в мокроті протягом 24 год.
Препарати йоду і хлору володіють високою бактерицидною дією: 2% розчин хлорного вапна вбиває МБТ протягом 24-48 год, більш високі концентрації препаратів хлору (5% розчин хлораміну і 10-20% розчини хлорного вапна) викликають їх загибель протягом декількох годин.