Сальмонеллы - лактозонегативные грамотрицательные палочки удлиненной формы, с закругленными концами длиной 1...4 и шириной 0,3...0,8 мкм. Подавляющее большинство представителей рода Salmonella подвижны (за исключением S. gallinarum-рullorum), органами их движения являются 4-5 жгутиков, расположенных равномерно по всей поверхности микробной клетки [1, 3, 12]. Геном сальмонелл состоит из одной кольцевой хромосомы размером 4,8 млн пар нуклеотидов и ряда плазмид от 3 до 100 тысяч пар нуклеотидов (т.п.н.), при этом обнаружено значительное сходство между плазмидами вирулентности различных серотипов [8, 43, 46].
Геном серовара S.typhimurium полностью расшифрован в 2001 г.[4, 31, 42]. Ранее было установлено, что большинство штаммов S.typhimurium состоят из вирулентных плазмид размером около 90 т.п.н. [18, 19, 25].
Плазмида S. dublin размером 76 т.п.н., включает 3 района вирулентности [43]. По данным азиатских ученых плазмида S. choleraesuis варьирует от 50 до 110 т.п.н., а у S. enteritidis - 60 т.п.н. [11]. Известно, что некоторые штаммы сальмонелл не имеют плазмид вирулентности, при этом они не теряют своей инвазивной способности [9, 24]. Хромосома S. enterica очень сходна с таковой E.coli и состоит из единственной циркулярной молекулы ДНК размером около 4 млн пар оснований. Среднее суммарное содержание в ней цитозина и гуанина составляет 52% [4].
Информацию о ферментах, ответственных за синтез и сборку полисахаридных частей О-антигена, кодирует кластер генов в локусе rfb хромосомы. Изменения О-антигена происходят в результате лизогенной конверсии хромосомных генов бактериофагами или мутаций [4, 39].
Образование жгутиков зависит от 3 классов генов, функции которых контролируются рядом регуляторов, в т.ч. сигма-фактором FliA и его антагонистом антисигма-фактором FlgM. У многих сероваров сальмонелл 2 набора генов флагеллина, из которых в экспрессии белка задействована только 1 аллель. Опероны, контролирующие синтез каждой фазы жгутикового антигена, также кодируют репрессор синтеза другой фазы флагеллина.
У S. enterica имеется 4 пильных оперона: fim (типа 1), lpf (длинных полярных пилей), pef (плазмидокодируемых пилей) и agf (тонких агрегативных пилей) [4].
Хромосомный локус inv включает 14 генов, наиболее известными из них являются invA, invE. Продукты данных генов необходимы для инвазии бактерий через эпителиальные клетки кишечника Часть этих генов гомологична генам E.coli, регулирующим сборку жгутиков [16, 28].
В тесной связи с локусом inv функционирует рядом лежащий локус Spa. Между его 12 генами и генами плазмиды вирулентности шигелл выявлена высокая степень идентичности и сходная последовательность локализации. Сходство ряда генов этих локусов с генами LcrD, LcrE и YscA йерсиний позволяет предположить, что транспортировка инвазивных протеинов сальмонелл осуществляется по тем же механизмам, что и экспорт жгутиковых белков.
Упомянутые локусы включают в себя острова патогенности, обуславливающие генетическое разнообразие сальмонелл. Сальмонеллы содержат ряд генов вирулентности, известных как модули или острова патогенности. На сегодняшний день известен двадцать один модуль SPI [35, 42]. Остров патогенности-1 (SPI-1) представляет собой участок ДНК размером 40 тысяч пар оснований [16]. Данный модуль кодирует 33 протеина, в т.ч. компоненты секреционной системы типа III (T3SS), регуляторные и секреционные эффекторные протеины, а также опероны. T3SS используются бактериями для введения белков, называемых эффекторами, непосредственно внутрь клеток-хозяев, которые будут выступать в качестве медиаторов вторжения клеток и модификаций, способствующих внутриклеточному росту [35]. Изменение генов invA, invF, invG, hilA, sipC, sipD, spaR и orgB этой системы ведет к 16-100-кратному снижению вирулентности S. enterica. Остров патогенности 2 (SPI-2) имеет размер 40 тысяч пар оснований. Он кодирует второй вид секреционной системы типа III, который участвует во внутриклеточной выживаемости и системе сборки жгутиков. Приобретение SPI-2 позволило сальмонеллам перейти от выживания к репродукции в клетках хозяина и от местной инфекции пищеварительного тракта к системной диссеминации. Остров патогенности-3 (SPI-3) имеет размер 36 тысяч пар оснований, участвует в процессе внутриклеточного выживания и кодирует транспорт магния. Только один его ген (mgtC) ассоциирован с вирулентностью - кодируемый им продукт обеспечивает рост бактерии в макрофагах и проявление системной вирулентности за счет адаптации к условиям низкого содержания ионов магния и низкому рН фагосомы [7]. SPI - 4 представляет собой 24 т.п.н. и участвует в адгезии к эпителиальным клеткам [17, 33, 34, 44]. SPI - 5 является небольшим островом патогенности размером менее 8 т.п.н., он необходим для инвазирования эпителия кишечника [44].SPI - 6 кодирует работу T6SS, safABCD фимбриальный кластер генов и инвазивный pagN [15, 41]. SPI - 7 самый большой остров патогенности на сегодняшний день (отсутствует в S . Typhimurium, но присутствует в S .Typhi) [35]. В S . Typhi размер данного модуля составляет 134 т.п.н., что соответствует примерно 150 генов [22, 36]. Этот остров содержит гены биосинтеза капсульного антигена Vi, отвечающего за вирулентность бактерии [23, 47]. SPI - 8 представляет собой фрагмент ДНК и является частью SPI-13 [35]. SPI-9 представляет собой локус размером 16 т.п.н. и содержит три гена, кодирующих T1SS [33, 34]. SPI-10 наиболее полно изучен в S. typhi, состоит из 33 т.п.н. и включает несколько функционально несвязанных генов [6, 13, 35]. Опыты Haneda et al.(2009) показали, что удаление SPI-10 из S. typhimurium штамм 14028 приводит к ослаблению вирулентности сальмонелл [21]. SPI-11 был первоначально идентифицирован в геномной последовательности серовара S. choleraesuis, его размер соответствовал 14 т.п.н. Несколько короче данный остров патогенности в S. typhimurium (6,7 т.п.н.) и в S. typhi (10 т.п.н.). SPI-11 участвует в интрамакрофагальной выживаемости сальмонелл [10, 20, 32]. SPI - 12 состоит из 15,8 т.п.н. в S. typhimurium и 6,3 т.п.н. в S. typhi, кодирует специфические О-антигены [22, 31, 39]. SPI - 13 был первоначально идентифицирован в серотипе S. gallinarum. Состоит из 25 т.п.н., однако 8 т.п.н. несут различную функциональную нагрузку в разных серотипах сальмонелл. Отвечают за гены, кодирующие работу лиазы, гидролазы, оксидазы; вирулентность бактерии; репликацию внутри макрофагов [21, 37, 38]. SPI-14 соответствует 9 т.п.н., (отсутствует в S. Typhi) [33, 37]. Функция SPI-14 на сегодняшний день невыяснена, но известно, что данный остров патогенности кодирует цитоплазматические белки [14]. SPI-15 остров патогенности размером 6,5 т.п.н. (отсутствует в S. typhimurium). SPI - 16 находится в S. typhimurium и S. typhi, размер его составляет 4,5 т.п.н. SPI-17 кодирует остров в 5 т.п.н. (отсутствует в S. typhimurium) [42]. SPI-18 был идентифицирован в S. Typhi, размером 2,3 т.п.н., в опытах in vitro установлено, что модуль отвечает за инвазию сальмонелл в эпителиальные клетки кишечника человека. Другие острова патогенности не были идентифицированы как модули SPI, но они кодируют гены, ответственные за вирулентность бактерии. [5, 26, 27].
Регуляторная система PhoP/PhoQ регулирует изменения липополисахаридов самой бактерии, что повышает ее резистентность к меняющимся условиям внешней среды и антимикробным препаратам, а также ведет к затруднению распознавания липополисахарида иммунной системой.
Гены spv (spvR, spvA, spvB, spvC и spvD) у S.typhimurium и S.enteritidis локализуются в крупной (размером 50-100 тысяч пар оснований) плазмиде, а у остальных сероваров в хромосоме. Кодируемые ими факторы обеспечивают распространение сальмонелл по организму, репродукцию в моноцитах, а также индукцию апоптоза последних.
Ген shdA размером в 6105 пар оснований проявляет гомологию с участками ДНК шигелл и диареегенных штаммов E.coli. Он обеспечил S. enterica адаптацию к теплокровным животным и регулирование интенсивности выделения бактерии с фекалиями.
Уникальный ген sifA состоит из 300 пар оснований и имеет более низкое суммарное содержание гуанина и цитозина (41%), чем другие части ДНК. Отвечает за образование филаментов, связывающих агента с мембраной фагосомы клеток эукариотов [4].
Итак, патогенные свойства микроорганизмов детерминированы в геноме. Причем некоторые из них имеют одну группу детерминант, другие - четыре, чем и определяются различия в патогенности сальмонелл [2].
Рецензенты:Кузнецов В.Ф., д.м.н., профессор, зав. кафедрой нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера Минздрава России», г. Пермь;
Самоделкин Е.И., д.м.н., профессор кафедры патологической физиологии ГБОУ ВПО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера Минздрава России», г. Пермь.