Аллергены микрофлоры бронхов больных бронхиальной астмой

Видео: Как избавиться от астмы. Маргарита Левченко

Бактериальные аллергены условно можно подразделить на две группы: аллергены возбудителей инфекционных заболеваний и аллергены условно-патогенных бактерий.

Аллергены патогенных микробов изучены больше в прикладном плане, ибо разработка диагностических и лечебных форм была продиктована необходимостью противоаллергической терапии при инфекционных заболеваниях.

Аллергены микобактерий и, в частности, М. tuberculosis были изучены одними из первых бактериальных аллергенов.

Туберкулин

Первый бактериальный аллерген — туберкулин — получен R.Koch путем экстрагирования аллергенов из микобактерий туберкулеза и был назван «альтуберкулин Коха». Сенсибилизация к возбудителю туберкулеза стала классической моделью для изучения закономерностей развития гиперчувствительности замедленного типа. Молекулярная масса (М) белковой составляющей в туберкулинах, полученных разными способами, колеблется от 17 до 32 kD.

В составе туберкулинов есть примеси липидов, которые влияют на сроки формирования местной реакции, обладают адъювантными свойствами, улучшают контурирование папулы, способствуют стабилизации активности препарата. К микобактериальным аллергенам относится также лепромин (М.leprae), в котором содержание белка достигает 75%, полисахаридов (гексоз) — 13%, нуклеиновых кислот - 12 - 13%. Более 80 лет прошло с момента изготовления первых препаратов лепромина, однако и в настоящее время он является актуальным при диагностике лепры.

Несмотря на то, что бактериальные аллергены применяют в медицине более 100 лет, проблема их структуры остается недостаточно изученной. Согласно существующему определению понятия «аллерген», аллергенной активностью могут обладать самые различные вещества, начиная от простых и кончая сложными белковыми и белково-полисахаридными или белково-липидными комплексами. К категории последних принадлежат бактериальные аллергены. Природа аллергена, как известно, определяет тип и интенсивность аллергического ответа.

Основываясь на опыте многих исследователей, занимавшихся анализом химического состава и структуры аллергенов, можно полагать, что большинство естественных аллергенов — это в основном гликопротеины с М от 10 - 90 kD. В настоящее время расшифрована химическая структура более 80 неинфекционных аллергенов. В основном это относится к тем аллергенам, результатом действия которых является индукция IgЕ-ответа. С этих позиций пыльцевые и эпидермальные аллергены представляют собой оптимальные модели для изучения структуры аллерген-активных эпитопов.

Показано, что фракции с М менее 10 кD не могут сами по себе образовать эффективный мостик между фиксированными на клетке молекулами IgЕ-антител и не запускают аллергическую реакцию. Аллергены (антигены) с М более 70 - 90 кD не способны проникать через барьерные ткани (слизистые оболочки) и не достигают IgЕ-антител, фиксированных на рецепторах тучных клеток. Например, известно, что в экстрактах пыльцы растений, содержащих до 50 протеиновых компонентов, аллергенной активностью обладают от 1 до 3 фракций (главные аллергены).

Эти фракции представлены низкомолекулярными пептидами (10-80 кD), включающими 2-4 эпитопа, каждый из которых имеет участки от М до 15 аминокислотных остатков, определяющих специфические качества аллергена. Эпитопы активируют Т-клетки, в связи с этим терапия аллергического заболевания должна быть направлена на функциональную активность аллергенспецифических Т-клеток без вовлечения фиксированных на клетках-мишенях специфических IgЕ. Аллергенный (антигенный) стимул является первым обязательным сигналом, который запускает активацию лимфоидных клеток.

Основываясь на известных данных и функциональной активности аллергенов, следует указать, что не менее трех показателей определяют аллергический ответ на аллерген: его химическая природа, количественные параметры, способ проникновения в организм. С этих позиций аллергическая реакция организма на бактериальную клетку, в сравнении с реакцией, например, на пыльцу, имеет свои особенности, которые, прежде всего, обусловлены тем, что микроб, попав в организм человека, длительный период времени паразитирует в нем, осуществляет все жизненно важные циклы за счет макроорганизма, действует при этом на организм хозяина своими метаболитами, продуктами распада микробных клеток.

Аллергенные свойства микроба зависят от природы его метаболитов, путей их трансформации внутри организма человека, от специфики взаимосвязей живой микробной клетки и организма хозяина. Существующие критерии биологической активности аллергенов учитывают и возможность их собственной биохимической активности в организме (в качестве, например, ферментов), которая может существенно влиять на характер аллергического ответа.

Известно, что микробы содержат те же химические вещества, которые находятся в клетках живых организмов растительного и животного происхождения. По качественному составу микробы мало отличаются от других живых организмов. Они состоят из двух компонентов: воды и сухого остатка, представляющего смесь органических и минеральных соединений. Вода составляет 80 - 85%, что приближает бактерии к растительным организмам.

Белки

Самое большое по объему и самое важное по значению место принадлежит белкам. У патогенных бактерий 50% от всего сухого вещества занимают белки. Простые белки-протеины микробов по аминокислотному составу близки к протеинам высших организмов: в белках патогенных бактерий содержатся лизин, аргинин, гистидин, пролин, триптофан, тирозин, валин, фенилаланин и лейцин. Сложные белки-протеиды играют исключительно важную роль в жизнедеятельности микробов. При определенных условиях токсины оказывают не только токсическое действие на макроорганизм, но могут участвовать в формировании гиперчувствительности.



Существующие диагностические формы аллергенов из возбудителей особо опасных инфекций (бруцелл, микобактерий туберкулеза, пастерелл и др.) являются комплексными препаратами, отличающимися специфическими особенностями. Полисахариды составляют от 12 до 28% сухой массы клетки микроба. У бактерий отложение в поверхностных слоях клетки полисахаридов завершается образованием капсулы.

Полисахариды найдены у всех микробов и отличаются тонкой специфичностью. Каждому виду микроба соответствует специфический полисахарид, отличный от полисахаридов микробов другого вида. Бруцелл, например, отличает наличие активного эндотоксина-линополисахарида, который в комплексе с белками микроба использовался в экспериментах в качестве аллергена (Н.Д.Беклемишев, 1963-80). Бруцеллин на 75% представлен белками, 13,3% — гексозами, связанными с белком бруцелл, и 11,5% — нуклеиновыми кислотами возбудителя. Кожно-аллергические реакции на введение бруцеллина сенсибилизированным лицам имеют специфический характер: возможны значительные отеки в зоне введения аллергена.

Рассматривая химический состав аллергенов возбудителей особо опасных инфекций, следует отметить, что большинство диагностических аллергенов (антраксин, пестин и др.) представляют собой комплекс полипептидов с полисахаридами и нуклеиновыми кислотами. Значительную проблему при оценке гиперреактивности больных на аллергены конкретного возбудителя представляют перекрестно-реагирующие антигены у патогенных и условно-патогенных микробов, принадлежащих таксономически к одному и тому же семейству бактерий. Например, наличие общих антигенов отмечено у Klebsiella pneumoniae и E.coli, но клебсиелла — патогенный микроб, а кишечная палочка — представитель непатогенных микроорганизмов. В связи с этим возникают определенные трудности при производстве диагностических и лечебных форм аллергенов и при контроле их специфической активности.

В составе группы условно-патогенных микробов, обитающих на слизистых оболочках дыхательного тракта человека, следует отметать различные виды семейства Neisseriaceae, которые до настоящего времени относили к категории непатогенных видов: N.perflava, N.flava, N.sicca и др. Известно, что нейссерия -диплококк, поверхность которого покрыта фестончатой трехслойной наружной стенкой, выполняющей роль каркаса. Наружный слой состоит из липопротеидов, а внутренний — из полисахаридов. Стенки содержат набор аминокислот. Непосредственно под наружной стенкой расположена трехслойная цитоплазматическая мембрана, плотно прилегающая внутренним листком к цитоплазме. Перенос веществ в клетку бактерий связан с цитоплазматической мембраной.

Клетка имеет нуклеоид, мезосомы (перегородки) — место локализации ферментных систем. Исследования, проведенные В.Н.Федосеевой, Т.И.Немировской (50) по сравнительному изучению морфологических, биологических и аллергенных характеристик штаммов непатогенных видов нейссерий (N.perflava, N.flava, N.sicca, Branchamella catarhalis) показали, что штаммы, выделенные из бронхов больных с БА и обладающие высокой сенсибилизирующей активностью, отличаются следующими свойствами: имеют аномальную (вытянутую в длину) форму клеток, образуют «пили», с помощью которых плотно «прилипают» к эпителиальнй ткани, Я (шероховатую) форму колоний, имеют антигенные детерминанты общие с тканями легких человека.



Одним из возможных объяснений выявленной аллергенности пилиобразующих штаммов нейссерий, по-видимому, является наличие низкомолекулярных белков в составе их поверхностных пилей. Нити пилей состоят из особых белков, называемых пилинами. Белковые мономеры собраны в спиральные цепи, закрученные вокруг полой сердцевины. При разрушении пилей можно получить белковые субъединицы (мономеры), которые имеют небольшую М (от 17 до 40 кD). В связи с этим можно предположить, что именно эти пептиды во многом определяют аллергенную активность пилиобразующих штаммов.

Исследования

Группой отечественных и зарубежных авторов были выполнены в 1979 - 1980 гт. специальные исследования аллергенной активности различных структур нейссериальной клетки, которые подтвердили факт высокой аллергенной активности поверхностных структур этой клетки из R-формы колоний. При сравнительном анализе результатов кожных тестов у больных с респираторно-аллергическими заболеваниями, обусловленными нейссериальной аллергией, с препаратами различных структур нейссериальной клетки была отмечена высокая реактивность кожи больных в отношении липопротеидов «фестончатой наружной стенки» (38,6% позитивных кожно-аллергических реакций), клеточных стенок диплококка, рибосом.

Препараты цитоплазмы не вызывали кожно-аллергического ответа в сенсибилизированном организме. Следует отметить, что результаты сравнительной аллергенной активности указанных клеточных структур двух других микробов — обитателей слизистых оболочек бронхов больных с инфекционной астмой: стафилококка и клебсиеллы, также подтвердили тот факт, что экзогенные метаболиты, капсульное вещество, рибосомальные фракции обладают высокой аллергенной активностью и играют важную роль в формировании бактериальной аллергии при аллергических заболеваниях респираторного тракта.

Методы получения бактериальных аллергенов

Методы получения бактериальных аллергенов весьма разнообразны. При обработке исходного микробного сырья используют ферменты, некоторые детергенты для получения лизатов бактериальных тел, осуществляют разрушение ультразвуком, способом механической дезинтеграции, попеременного замораживания и оттаивания микробных клеток и др. Выделение активных фракций осуществляют путем ультрацентрифутирования, гельфильтрации и другими методами.

Разработка диагностических и лечебных форм

Разработка диагностических и лечебных форм бактериальных аллергенов прошла несколько этапов: от получения корпускулярных суспензий, состоящих из взвеси микробных клеток, их лизатов, дезинтегратов, отдельных структур (рибосом) до выделения и тонкой химической очистки различных фракций микробов и их метаболитов. Например, в настоящее время хорошо известны препараты Рибомунила, полученные на основе рибосомальных структур некоторых микробов — обитателей слизистых оболочек дыхательного тракта больных с респираторными заболеваниями.

В аллергенном отношении активны нуклеопротеидные фракции микробов, которые при внутрикожном введении в сенсибилизированный организм вызывают формирование реакции замедленного (через 24 - 48 ч) типа. Нуклеопротеиды составляют главную массу бактериального белка, много их в активно размножающихся клетках, они несут специфическую информацию о микробной клетке. Нуклеопротеиды входят также в состав запасного питательного вещества, называемого волютином. Достаточно длительный период времени (первая половина XX столетия) аллергены нуклеопротеидной природы составляли основную массу коммерческих препаратов для диагностики и терапии бактериальной аллергии: туберкулин, термостабильные фракции по К. Ando — А. Вержиковскому и др. Эти препараты прочно вошли в аллергологическую практику.

Диагностика бактериальной аллергии

Диагностика бактериальной аллергии основывалась на учете реакции только замедленного типа, которая наиболее вероятна при использовании в качестве диагностических препаратов аллергенов нуклеопротеидной природы. Этим обстоятельством был обусловлен тот факт, что бактериальная аллергия длительный период времени ассоциировалась в основном с IV типом аллергических реакций (по Gell и Coombs) — с гиперчувствительностью замедленного типа. Примером диагностических аллергенов нуклеопротеидной природы могут служить препараты, изготовленные по K.Ando, предложившего использовать в качестве стрептококкового аллергена фракции скарлатинозного токсина Дика.

Позднее были введены в аллергологическую практику препараты, полученные из микробов-возбудителей очаговых инфекций, так называемые термостабильные фракции стафилококка, протея, зеленящего стрептококка по К.Аndо — А.Вержиковскому. Диагностика бактериальной аллергии основывалась на регистрации у больных позитивных кожно-аллергических реакций замедленного типа. Однако согласно ранним работам O.Swineford и J.Ноlman, которые были связаны с попыткой выделить полисахаридный компонент микробной клетки и оценить его аллергенность, существует возможность регистрации кожно-аллергического ответа по немедленному типу на введение полисахаридных фракций в сенсибилизированный организм.

Известно, что полисахариды составляют от 12 до 28% сухой массы клетки микроба и отложение их в ее поверхностных слоях завершается образованием капсулы. Полисахариды найдены у всех микробов и отличаются тонкой специфичностью. Бактериальная клетка включает полисахариды, которые не подвергаются антигенному представлению, ассоциированному с главным комплексом гистосовместимости. Поэтому они не будут вызывать ограниченную по главному комплексу гистосовместимости стимуляцию Т-клеток и, соответственно, не могут вызывать клеточный тип иммунного ответа, т. е. налицо образование антител в ответ на действие полисахаридов и липидов по Т-независимому (тимус-независимому) типу.

Это утверждение справедливо в ситуации, при которой можно допустить, что имеет место действие на организм «чистых» (без примесей белков) полисахаридов и липидов. Однако хорошо известно, что большая часть липидов и полисахаридов существует в микробной клетке в комплексе с белками, в связи с чем экспериментальное выделение чистых полисахаридных и липидных фракций из микробной массы затруднено. В случае активности глюкопротеидов и других комплексов может формироваться IgЕ-опосредованный ответ, гиперчувствительность немедленного типа.

Прошло более 40 лет с момента выявления реакции немедленного типа на микробные полисахариды (работы O.Swineford), прежде чем внимание аллергологов вновь было обращено к теме изучения немедленного типа аллергических реакции при бактериальной аллергии: IgЕ-опосредованного ответа на бактериальные аллергены. Во многом это объясняется тем, что для выявления реакций немедленного типа у больных с инфекционно-аллергическими заболеваниями исследователю необходимо было располагать диагностическими препаратами, способными вызывать аллергические реакции немедленного типа.

Наиболее соответствовали этому условию нативные бактериальные аллергены-вакцины, получившие название «НБА», в состав которых входили микробные клетки и их метаболиты. В 50 - 60-х годах появилась серия работ, в которых в качестве диагностических и лечебных аллергенов использовали НБА.

Оригинальная методика изготовления НБА путем выращивания микроорганизмов на питательных средах, покрытых целлофановыми дисками, позволяла получить взвесь микробных клеток и продуктов их метаболизма без примеси питательной среды. В процессе специфической аллергодиагностики с использованием указанных аллергенов у сенсибилизированных людей отмечались кожно-аллергические реакции немедленного, отсроченного и замедленного типов.

Эти исследования показали высокую терапевтическую эффективность бактериальных вакцин (НБА) при введении их в малых дозах в процессе аллергенспецифической иммунотерапии. Кроме того, эти препараты были использованы для изучения механизмов всех указанных типов аллергических реакций на бактериальные аллергены.

Рассматривая различные подходы к изучению аллергенов микробной клетки, можно отметить, что в первой половине 20-го столетия проблема значимости бактериальной аллергии как при особо опасных, так и при вторичных очаговых инфекциях достаточно широко освещалась в научной литературе. Были предприняты попытки получения диагностических и лечебных форм аллергенов для терапии инфекционно-аллергических заболеваний. Вместе с тем изучение патогенеза бактериальной аллергии осложнялось многогранностью взаимосвязей микроба и организма хозяина, многообразием химического состава бактериальных клеток, трансформацией микробных метаболитов в организме больного. Специально следует отметить, что существует группа микроорганизмов, которых относят к категории условно-патогенных (некоторые виды стрептококков, непатогенных нейссерий, стафилококки и др.).

Эти микроорганизмы являются обитателями слизистых оболочек дыхательного тракта, кишечника в течение всей жизни человека, не вызывая реакций гиперчувствительности. При наличии генетической предрасположенности к аллергии у человека, иммунных, эндокринных и нервных нарушений в организме, перенесенных вирусных инфекций, наконец, неблагоприятного воздействия некоторых экологических факторов на организм, ситуация меняется и продукты метаболизма непатогенных (кишечная палочка и др.), условно-патогенных микробов способны играть роль активных аллергенов.

Представленные данные свидетельствуют в пользу того, что при оценке аллергенности микроба прослеживается определенная условность в понятиях «патогенный» и «непатогенный» микроб. С нашей точки зрения, понятие «патогенность» должно включать более широкий спектр свойств, в том числе и аллергенную активность штамма. Опыт наших исследований показывает, что правомерно ставить вопрос об аллергенной активности не только определенного вида микробов, но и отдельных штаммов этого вида, ибо диссоциация по аллергенному признаку внутри вида достаточно высока.

Хутуева С.X., Федосеева В.Н.