Эпидемическая ситуация по туберкулёзу во всём мире сегодня остается достаточно напряжённой. Наибольшая заболеваемость по-прежнему регистрируется в развивающихся странах. В России после 2009 г. заболеваемость начала существенно снижаться. Её значение достигло в 2014 г. наименьшего за последние 15 лет значения 59,5 (на 100 тыс. населения), что ниже уровня 1996 г. (67,4). Снижение отмечено во всех федеральных округах (ФО). Заболеваемость в восточных ФО почти в 2,2–2,5 раза превышает заболеваемость в ФО, расположенных в европейской части страны: 39–46 на 100 тыс. в ЦФО, СЗФО и СКФО и 99–103 в СФО и ДФО [1; 2]. Уровень и динамика заболеваемости туберкулёзом определяются в первую очередь климато-географическими особенностями, социально-экономическим положением региона, доступностью медицинской помощи и уровнем жизни населения. Немаловажное значение имеет и экологическое состояние окружающей среды. Так, число больных с деструктивными формами и фиброзно-кавернозным туберкулёзом выше в 1,4-2 раза в городах с неблагоприятной экологической ситуацией [3]. В условиях высокого уровня индустриализации региона выявлена взаимосвязь количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников с показателями заболеваемости и болезненности туберкулёзом взрослых (r= 0,2 и r = 0,7) и детей (r= 0,5 и r = 0,4) [4].
Однако ведущим фактором в заболеваемости инфекционными заболеваниями на протяжении всей эволюции человека является климат. Исследования эпидемиологии и климатопатологии туберкулёза показывают прямую связь между климатом и заболеваемостью [5; 6].
Так, в исследованиях Ф.И. Исламовой показано, что рост заболеваемости в республике Дагестан в горной и предгорной зонах в период с 1999 по 2006 г. составлял 16–18 человек на 100 тыс. населения, а в плоскостной зоне и в городах 26–34 [5]. Наблюдения показали зависимость распространённости микобактерий в почве от вертикальной зональности. В пробах почвы равнинной зоны микобактерии выделили в 25,9% случаев, тогда как в пробах горной и высокогорной зон – в 2–3 раза реже [5].
Наблюдения за сезонностью инфекционных заболеваний приводят к предположению, что риск передачи M. tuberculosis, по-видимому, самый высокий в зимние месяцы. Однако, как показывают многочисленные исследования, проведенные в разных странах, пик заболеваемости туберкулезом был также отмечен в весенние и летние месяцы. Низкая влажность, недостаточная ионизация и вентилируемость воздуха в закрытых помещениях зимой являются хорошими условиями для выживания M. tuberculosis [6; 7].
Потенциальным фактором, который рассматривается в большинстве статей, является связь между уровнем витамина D и нарушенной иммунологической защитой хозяина с реактивацией латентной инфекции M. tuberculosis [8-10]. Несколько исследований, проведенных в различных регионах, этнических группах и культурах, показывают положительную связь между уровнем витамина D в сыворотке крови человека и его восприимчивостью к туберкулезной инфекции или её реактивации [8; 9].
Точный механизм реактивации M. tuberculosis в определенное время года в большинстве случаев до сих пор недостаточно понятен. Последние данные свидетельствуют о том, что функции иммунных клеток, а также количество подмножества лейкоцитов меняются в соответствии с сезоном года [11; 12]. Немаловажным фактором в заболеваемости туберкулезом является изменение рациона питания (снижение доли минералов и витаминов, особенно в зимний период года) в различные сезоны года.
Сложность борьбы с туберкулёзом связана с высокой степенью вирулентности и адаптивной изменчивости микроорганизмов. В ходе эволюции они «научились» поддерживать высокую жизнеспособность за счёт экспрессии определённых генов, позволяющих выживать в крайне неблагоприятных условиях: гипоксии, низкого рН организма хозяина, при воздействии угарного газа, азотной окиси и т.д.
Спектр адаптивных изменений экспрессии генов M. tuberculosis в ходе инфекционного процесса достаточно разнообразен и сложен для понимания. Генетики сосредоточены на изучении экспрессии определенных генов, приводящих к изменению метаболических путей как организма хозяина после инфицирования, так и самих микроорганизмов в ходе инфекционного процесса [7; 11]. Медицинские исследования направлены на изучение иммунохимического анализа сыворотки крови, в особенности для больных с бронхолёгочной патологией [4]. Физиологические исследования акцентируются на анализе поведенческих и физиологических особенностей восприимчивости человека к туберкулезу.
Хочется надеяться, что в ближайшие годы поиски учёных и специалистов в ранней диагностике, лечении и прогнозе туберкулёза увенчаются успехом и, наконец, будут найдены действенные методы для борьбы с этим заболеванием.
Климат – глобальный эволюционный фактор, приводящий к эволюции всего живого на всех таксономических уровнях. В эволюции микроорганизмов движущая «сила» климата проявляется в появлении форм бактерий с высокой вирулентностью и адаптивной изменчивостью. Данное исследование посвящено анализу влияния метеоэлементов погоды на экспрессию генов вирулентности M. tuberculosis. В связи с этим нами были поставлены следующие задачи:
- Дать общее описание климата в городах, находящихся в различных климатических поясах.
- Оценить среднемесячные климатические показатели за период с 2012 по 2015 г. за холодный период (зима).
- Проанализировать взаимосвязь климата со статистическими данными заболеваемостью туберкулёзом за период с 2012 по 2015 г.
- Определить ведущие климатические факторы для всех городов, определяющих особенности течения физиологических реакций организма человека и заболеваемость туберкулезом.
- Оценить вклад метеоэлементов погоды в экспрессию некоторых генов M. tuberculosis.
Материалы и методы исследования
Оценка климата, погоды и уровня заболеваемости туберкулезом за 2012 -2015 гг. проводилась с помощью данных статистики. Выявление ведущих климатических факторов, влияющих на здоровье человека, и оценка влияния отдельных метеоэлементов погоды на экспрессию генов вирулентности M. tuberculosis проводились с помощью факторного анализа при заданном уровне значимости p<0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
Климат городов, находящихся в различных климатических поясах, существенно различается, и в ситуациях массовой заболеваемости его можно интерпретировать как «метеопатопусковой» фактор обострения болезней и смертности (таблица 1).
Таблица 1
Характеристика городов России, находящихся в различных климатических поясах
Субарктический климатический пояс (морской климат тундры, резко континентальный климат северной тайги и лесотундры |
Умеренно континентальный климат (тайга с избыточным увлажнением, смешанные леса с достаточным увлажнением) |
Континентальный климат (тайга и лесостепи с достаточным увлажнением)
|
Резко континентальный климат (тайга с неустойчивым увлажнением) |
Климат, смешанных лесов Дальнего Востока (муссонный климат) |
Воркута |
Воронеж |
Челябинск |
Чита |
Владивосток |
Норильск |
Москва |
Новосибирск |
Якутск |
Хабаровск |
Мурманск |
Архангельск |
Нижневартовск |
Иркутск |
Магадан |
Такие города, как Владивосток, Хабаровск, Магадан, Новосибирск, Челябинск, Чита, Иркутск, Якутск, Воркута, Норильск, Мурманск, относят к III-IV типу погоды (неблагоприятная погода и особо неблагоприятная погода). Эти типы погоды характеризуются активной циклонической деятельностью, с достаточно выраженными атмосферными фронтами, изменения атмосферного давления могут варьироваться от 4 Мб до 5 гПа и более за 3 ч, вызванные сменой воздушных масс, межсуточные колебания температуры могут быть в пределах от 7-10 до 20 °С, относительной влажности на 20-40% и более, со скоростью ветра 15-19 м/с2 и более. Весовое содержание кислорода в воздухе может колебаться в пределах ±10-20 г/кг. Напряженность электрического поля заметно возрастает от нормальных значений, нередко могут наблюдаться достаточно резкие колебания магнитного поля, сопровождающиеся электромагнитными возмущениями. Метеопатический индекс такой погоды можно охарактеризовать как «гипоксический тип» [13].
Естественно, такая погода наблюдается не круглосуточно и не круглогодично, кроме того, города всё же отличаются по климату, даже если они находятся практически на одной и той же широте, например климат Мурманска более благоприятен, чем климат Норильска.
Климат Воронежа и Москвы можно отнести ко 2 типу (весьма благоприятный). Такая погода характеризуется устойчивым ходом метеоэлементов, опасных и особо опасных явлений погоды не наблюдается. Атмосферное давление меняется не более чем на 1-2 гПа за 3 ч; скорость ветра не более 7–11 м/с2. Весовое содержание кислорода в воздухе меняется незначительно (не более 5 г/кг воздуха). Напряженность атмосферного электрического поля близка к нормальным значениям, отсутствуют заметные колебания поля.
Повсеместно наблюдаются существенные тенденции к потеплению климата. За последние четыре года самая холодная температура зимой была в Якутске -37,5 °С, как и в других городах России, в последние несколько лет в Якутске наблюдается достаточно теплая для этого региона зима и достаточно жаркое лето. Самый низкий уровень влажности отмечался во Владивостоке - 54,5%, а самый высокий в Москве - 86%. Уровень атмосферного давления колебался от 705 мм рт. ст. (Чита) до 761 мм рт. ст. (Нижневартовск). Уровень поступающей солнечной радиации в целом стабилен и практически не меняется, зимой самый низкий уровень отмечен в Норильске - 75,5 вт/м2, а самый высокий во Владивостоке - 515 вт/м2 . Средняя парциальная плотность кислорода (рО2) г/м3 колеблется от 294,8 г/м3 (Воронеж) до 352 г/м3 (Якутск). По нашим данным за период с 2012 по 2015 г., самая благоприятная погода была зимой во Владивостоке, а самая неблагоприятная в Норильске (таблица 2).
Таблица 2
Среднемесячные климатические показатели за период с 2012 по 2015 г. за холодный период (зима)
Город, округ |
Температура воздуха (°С) |
Относительная влажность (%) |
Скорость ветра (м/с2) |
Атмосферное давление (мм рт. ст.) |
Уровень солнечной радиации (инсоляция) вт/м2 |
Парциальная плотность кислорода (рО2) г/м3 |
Субарктический климатический пояс |
||||||
Воркута (СЗФО) |
-20,7 |
72,1% |
1 м/с |
744 |
136* |
324,3 |
Норильск (СФО) |
-29,4 |
73,6% |
5 м/с |
758 |
75,5 |
341,5 |
Мурманск (СЗФО) |
-8,9 |
84,6 |
5 м/с |
750 |
112 |
306,4 |
Умеренно континентальный климат |
||||||
Воронеж (ЦФО) |
-5,4 |
75 |
4 м/с |
750 |
372 |
294,8 |
Москва (ЦФО) |
-6,7 |
86,1 |
2 м/с |
748 |
330 |
306,5 |
Архангельск (СЗФО) |
-13,2 |
82,7 |
3 м/с |
750 |
105 |
314 |
Континентальный климат |
||||||
Челябинск (УФО) |
-13,3 |
76,7 |
2 м/с |
746 |
365 |
318,3 |
Новосибирск (СФО) |
-16,2 |
75,3 |
4 м/с |
755 |
353 |
323,4 |
Нижневартовск (УФО) |
-21,7 |
79,4 |
3 м/с |
761 |
207 |
328,4 |
Резко континентальный климат |
||||||
Чита (ДФО) |
-22,5 |
72,2 |
1 м/с |
705 |
364 |
331,7 |
Иркутск (СФО) |
-18,1 |
77,7 |
3 м/с |
723 |
389 |
325,8 |
Якутск (ДФО) |
-37.5 |
72,1 |
1 м/с |
758 |
176 |
352,2 |
Климат смешанных лесов Дальнего Востока |
||||||
Владивосток (ДФО) |
-9,7 |
54,5 |
6 м/с |
747 |
515 |
315 |
Хабаровск (ДФО) |
-16,9 |
71,4 |
4 м/с |
756 |
397 |
320,7 |
Магадан (ДФО) |
-15,4 |
57,8 |
4 м/с |
746 |
268 |
318,2 |
*Примечание: уровень прямой солнечной радиации вт/м2 при абсолютно безоблачном небе.
Заболеваемость туберкулёзом (впервые выявленные больные, взятые на учет, на 100 тыс. населения), по данным доклада ВОЗ за 2012–2014 гг., была самая большая в ДФО - 87,2 тыс. чел. (Владивосток, Хабаровск, Якутск, Магадан, Чита), 85,1 тыс. чел в СФО (Норильск, Новосибирск, Иркутск), 59,7 тыс. чел. в УФО (Нижневартовск, Челябинск), 32,7 тыс. чел. в СЗФО (Воркута, Мурманск, Архангельск), и 28,6 тыс. чел. в ЦФО (Москва, Воронеж).
В целом по России, по данным официальной статистики, заболеваемость активным туберкулёзом за период с 2012 по 2015 г. снизилась с 68,8 до 57,7 тыс. чел. Данные заболеваемости по федеральным округам демонстрируют определённую связь с климатом, при этом следует обратить внимание на отдельные метеоэлементы погоды, так как они предопределяют особенности течения нормальных и болезненных физиологических реакций организма человека и характер клинических расстройств.
Согласно данным таблицы 3, ведущими факторами для здоровья человека являются температура (0,97) и содержание кислорода в воздухе (-0,94). На долю этих факторов приходится 42,4%. На втором месте - влажность воздуха (0,86) и уровень солнечной радиации (0,71), в процентном соотношении доля этих факторов составляет 24,8%, на третьем месте - атмосферное давление (-0,95), на его долю приходится 17,1%. Действие ветра, как отдельного метеоэлемента погоды, в диапазоне от 1 до 6 м/с2 можно охарактеризовать как незначительное, и его отрицательное влияние на организм человека скорее будет проявляться в сочетании с другими факторами погоды: температурой, влажностью, пылью, мглой (таблица 3).
В целом 84,3%, от влияния всех других факторов, приходится на климат. Сегодня это подтверждается и данными статистики ВОЗ, согласно которым изменение климата представляет значительно новую угрозу для здоровья людей. Быстрые тенденции изменения климата, а также другие чрезвычайные ситуации, связанные с погодой, во многих странах приводят к ухудшению санитарной обстановки, увеличению трансмиссивных, инфекционных и неинфекционных заболеваний, увеличиваются риски для здоровья, связанные с ухудшением экологической обстановки страны или региона.
Таблица 3
Факторные нагрузки климатических показателей для регионов России с различными климатическими поясами
Среднемесячные климатические показатели |
Факторные нагрузки: метод главных компонент |
||
Температура |
0,973112 |
0,009554 |
0,074406 |
Влажность |
0,207822 |
0,869993 |
0,002612 |
Ветер |
0,636020 |
-0,388350 |
-0,320486 |
Атмосферное давление |
0,001558 |
0,106140 |
-0,956218 |
Уровень солнечной радиации |
0,443412 |
-0,717715 |
0,347054 |
Парциальная плотность кислорода |
-0,940584 |
-0,119087 |
-0,047225 |
Собственные значения |
2,54 |
1,49 |
1,02 |
% общей дисперсии |
42,4 |
24,8 |
17,1 |
Климат - фактор, влияющий не только на здоровье человека, но и на жизнестойкость микроорганизмов. Удивительная генетическая особенность позволяет микроорганизмам удивительно быстро изменять свою вирулентность и адаптироваться к новым условиям существования. M. tuberculosis содержит 4173 гена, из них примерно 80 генов, экспрессия которых под влиянием климата может привести к изменению их вирулентности и адаптивной изменчивости M. tuberculosis (таблица 4).
Таблица 4
Гены M. tuberculosis H37Rv, ответственные за вирулентность, патогенность и адаптивную изменчивость
Gene |
Product, functional category (Virulence, detoxification, adaptation) |
Rv0587, Rv0588 |
hypothetical integral membrane protein (2)* |
Rv0167, Rv0168 |
Integral membrane protein (2) |
Rv0065, Rv0301,Rv0240, Rv0277c,Rv0582, Rv0598c,Rv0609, Rv0617, Rv0549c, Rv0624, Rv0749, Rv1962c, Rv0595c, Rv0627, Rv0656c Rv0661c, Rv0665 |
Possible toxin (17) |
Rv0064A, Rv0300, Rv0239, Rv0277A, Rv0581, Rv0599c, Rv0608, Rv0616A, Rv0550c, Rv0623, Rv0748, Rv0596c, Rv0626, Rv0657c, Rv0662c, Rv0664 |
Possible antitoxin (16) |
Rv0126 |
Trehalose synthase (1) |
Rv0432 |
Periplasmic superoxide dismutase (1) |
Rv2028c, Rv1636, Rv1996, Rv2005c, Rv2026c, Rv2319, Rv2623, Rv2624, Rv3134, Rv1028 |
Universal stress protein family protein (10) |
Rv0634c |
Possible glyoxalase II (1) |
Rv0186A |
Metallothionein (1) |
Rv0169, Rv0170, Rv0171, Rv0172, Rv0174, Rv0589, Rv0590, Rv0591, Rv0592, Rv0594 |
Mce-family protein (10) |
Rv0456A, Rv0659c, Rv2274c |
Possible toxin M (3) |
Rv0456B, Rv0660c, Rv2274A |
Possible antitoxin M (3) |
Rv0127 |
Maltokinase (1) |
Rv0353 |
Probable heat shock protein transcriptional repressor HspR (1) |
Rv0251c |
Heat shock protein (1) |
Rv0351 |
Probable GrpE protein (1) |
Rv0440 |
60 kDa chaperonin 2 GroEL2 (1) |
Rv0134 |
Possible epoxide hydrolase (1) |
Rv0352, Rv2373c, Rv0350 |
Probable chaperone protein (3) |
Rv0871 |
Probable cold shock-like protein (1) |
Rv0384c |
Probable endopeptidase ATP binding protein (1) |
Rv0798 |
29 KDa antigen (1) |
Rv0262 |
Aminoglycoside 2'-N-acetyltransferase (1) |
Примечание: *в скобках указано количество генов
Кроме этих генов, в адаптивной изменчивости M. tuberculosis также играют роль следующие генетические внутриклеточные факторы:
- Регуляторные белки, которые являются своеобразными медиаторами для «запуска» этих генов.
- Белки клеточной стенки, ответственные за выживание в макрофагах организма на определённых стадиях инфекционного процесса.
- Гены, отвечающие за метаболизм липидов и биосинтез жирных кислот, снабжающие микроорганизмы энергией для выживания в неблагоприятных условиях во время инфицирования.
- Белки, запрещающие антибактериальные ответы со стороны макрофагов.
- Белки - транспортёры ионов металлов, сложная система белков, позволяющая выживать M. Tuberculosis в условиях высокой концентрации ионов металлов, например цинка или железа.
- Система секреции типа VII (T7SS), ответственная за транспорт факторов вирулентности в клетки-хозяев. За успешное выживание отвечают также факторы сигмы, двухкомпонентные системы, система серин-треонин протеинкиназы и т.д. [14-17].
Вышеперечисленные гены могут экспрессироваться под влиянием различных факторов: температуры, давления, гипоксии, радиации и т.д. «Поведение» М. tuberculosis после экспрессии определенных генов может быть прослежено в in vitro, а затем и в in vivo на лабораторных животных. Выявленные генетические маркеры могут быть полезны для создания лекарств нового поколения, которые будут воздействовать на определённые гены, снижая вирулентность микроорганизмов. Однако следует учитывать множественность путей и скорость генетических модификаций M. tuberculosis, и подавление действия одного гена вовсе не означает отсутствия экспрессии других генов, также ответственных за выживание.
Изменения генной активности происходят не только вследствие воздействия какого-либо фактора извне, но и при изменении показателей внутренней среды организма (состоянии рН, метаболизма). Например, значение рН определяет ферментативную активность белков, находящихся в изоэлектрической точке. «Многообразие» изоэлектрических точек белков (у М. tuberculosis из 4050 белков 919 белков со значением изоэлектрической точки <5, 2591 белок со значением <6,8, 181 со значением 6,8–7,4, 1278 белков со значением >7,4 и 730 белков со значением >9) является одним из факторов, обусловливающих их высокую выживаемость и адаптивную изменчивость.
Отдельные метеоэлементы климата также могут быть индукторами экспрессии генов вирулентности М. tuberculosis (таблица 5).
Таблица 5
Факторные нагрузки климатических показателей, определяющих жизнестойкость и адаптивную изменчивость M. tuberculosis
Гены, климатические показатели, заболеваемость |
Факторные нагрузки: метод главных компонент |
||
Гены |
0,069927 |
0,778715 |
-0,096208 |
Температура |
-0,970697 |
0,090078 |
0,072549 |
Влажность |
-0,135133 |
0,705554 |
0,023024 |
Ветер |
-0,647391 |
-0,372981 |
-0,366586 |
Атмосферное давление |
0,016327 |
0,156422 |
-0,943680 |
Уровень солнечной радиации (вт/м2) |
-0,490597 |
-0,717312 |
0,297838 |
Парциальная плотность кислорода (рО2) г/м3 |
0,936986 |
-0,217261 |
-0,056602 |
Заболеваемость туберкулёзом (на 100.000 населения) |
0,507584 |
-0,820258 |
0,056869 |
Собственные значения |
2,761056 |
2,510464 |
1,135112 |
% общей дисперсии |
0,345132 |
0,313808 |
0,141889 |
Факторный анализ показал, что экспрессия генов вирулентности M. tuberculosis, достоверно зависит от условий внешней среды (0,77). Прямые и обратные корреляционные связи указывают, что климатические факторы оказывают различное влияние на жизнестойкость микроорганизмов (уменьшая или увеличивая её), однако говорить о конкретном влиянии того или иного метеоэлемента на экспрессию генов можно после получения экспериментальных данных. В свою очередь заболеваемость туберкулёзом (-0,82) зависит не только от факторов внешней среды, иммунитета человека, но и генетической экспрессии определенных генов M. tb в определенное время и в зависимости от условий существования.
Для человека низкие температуры (-0,97), в особенности для неакклиматизированных людей и людей, имеющих слабое здоровье, создают холодовой стресс. Большое значение в развитии холодового стресса имеют межсуточные перепады метеоэлементов, которые вызывают напряжение регуляторных систем организма и являются причиной снижения резистентности организма к неблагоприятным факторам.
Наибольший риск заболеть туберкулезом холодные температуры создают для жителей гг. Читы, Якутска и Норильска. Возможно, для экспрессии различных генов имеют значение определённые диапазоны температур. В in vitro может быть прослежен процесс экспрессии генов под влиянием того или иного диапазона температур. Исследования на лабораторных животных показали, что температурная чувствительность определяет силу иммунного ответа организма против туберкулеза [18].
Вторым фактором, влияющим на здоровье человека и вирулентность M. Tuberculosis, является весовое содержание кислорода в атмосферном воздухе (0,93), содержание которого зависит от атмосферного давления (-0,94). При пониженном атмосферном давлении, прохождении теплых атмосферных фронтов парциальное давление во вдыхаемом воздухе снижается, что отражается на самочувствии человека. Физиологический дефицит кислорода могут ощущать люди, живущие в городах, находящихся в климатических поясах с межсуточными колебаниями весового содержания кислорода более ±10–20 г/м3, например жители гг. Воркуты, Норильска, Мурманска. Зимой небольшой дефицит кислорода могут ощущать жители г. Воронежа, имеющие бронхолёгочные патологии (294,8 г/м3). У людей с заболеваниями органов дыхания, курильщиков даже незначительные колебания содержания кислорода могут усугубить патологические процессы, приводящие к нарушению газообмена в легких, недостаточному транспорту кислорода к органам или к нарушению его утилизации тканями. Возникшая эндогенная гипоксия может быть хорошей внутренней средой для M. tuberculosis. Исследования показали, что M. tuberculosis хорошо приспособлены для выживания в гипоксических условиях. Время ожидания может быть очень длительным, в течение многих лет и даже десятилетий, и, как правило, связано с гипоксическими условиями в организме человека [7].
По оценкам некоторых данных, примерно 1,9 миллиарда человек инфицированы латентной формой M. Tuberculosis, и это еще больше затрудняет выявление и лечение туберкулеза [16]. Переживать неблагоприятные условия микроорганизмы могут благодаря сложной системе взаимодействия регуляторных белков и экспрессии определенных генов, например транскрипционный фактор Rv3133/DosR - регуляторный белок, который в условиях гипоксии является главным медиатором активации 47 генов. Ген Rv3133/DosR активирует различные гены, отвечающие за метаболизм, дыхание, производство токсичных белков и т.д. Данный транскрипционный фактор может быть индуктором для семейства стрессовых белков. (Universal stress protein family protein). Известно 10 универсальных белов стресса: Rv2028c, Rv1636, Rv1996, Rv2005c, Rv2026c , Rv2319, Rv2623, Rv 2624, Rv3134, Rv1028, которые экспрессируются под влиянием гипоксии, большинство которых подчинены влиянию Rv3133/DosR, кроме Rv2026c [12; 13; 16]. Не только гипоксия является индуктором Rv3133/DosR, такие газы, как СО2, H2S, и NO, также оказываются стимулирующими факторами в экспрессии генов вирулентности [14]. Некоторые гены, например Rv3219, Rv3416, Rv3681, Rv0022, Rv3862, Rv3197, Rv 3260, Rv3197, отвечают за окислительно-восстановительный потенциал клетки микроорганизма, определяя её вирулентность и восприимчивость к лекарственным средствам [14].
Хотя организм человека имеет сильную врожденную защиту организма от широкого спектра бактериальных инфекций, в том числе и против М. tuberculosis, эволюция микроорганизмов также не «отстаёт». У М. tuberculosis имеются сложные механизмы, обеспечивающие защиту и выживание: компоненты клеточной оболочки, буферные окислительно-восстановительные системы, муколитические кислоты и другие факторы, обеспечивающие устойчивость к антибиотикам и адаптацию к неблагоприятным условиям [12; 14; 19]. Например, регуляторные белки DosS, DosT, DosT являются своеобразными датчиками изменения уровня кислорода, азотной окиси, угарного газа, рH внутренней среды хозяина, в то время как гены WhiB3 и anti-sigma factor RsrA (механизм для регулировании экспрессии гена – антагонист транскрипционного σ factor) используются для контроля изменения окислительно-восcтановительного баланса внутриклеточной среды клетки хозяина и синхронизации своих метаболических путей с его организмом. Это особенно важно в условиях оксидативного стресса, произведённого иммунной системой человека [15].
Кислородный потенциал лёгких человека также является главным фактором локализации легочного М. tuberculosis. В различных компартментах лёгких кислородный уровень различен. Так, в вертикальном положении человека, в апикальных сегментах лёгких кровоток снижен, но кислородный потенциал выше, в нижних областях лёгких парциальное давление PaO2 ниже и создается гипоксическая среда для развития бактерий [14].
Влажность воздуха (0,70) и уровень солнечной радиации (-0,82) также вносят определенный вклад в эпидемиологию возбудителей туберкулеза. Для человека весьма неблагоприятными городами по сочетанию холодных температур и высокой влажности в последние годы являются Воркута, Норильск, Чита и Якутск.
Солнечная радиация (-0,71) может быть достаточно губительной для микроорганизмов, особенно под воздействием УФИ типа С, за счет более высокой энергии фотонов. Критически важными факторами риска для здоровья человека являются: количество часов солнечного сияния, уровень солнечной радиации и содержание витамина D. Например, часы без солнечного сияния, во время полярной ночи, являются существенным фактором риска восприимчивости организма человека к туберкулёзу. В регионах с нормальным уровнем солнечной радиации в холодное время года фактором риска может стать низкая концентрация витамина D в сыворотке крови человека [8; 9]. Исследования показали, что содержание витамина D и его активного метаболита (25-(OH) может подавлять рост M. tuberculosis за счет индукции продукции оксида азота (NO) макрофагами [6; 8; 9].
Имеется определенная «генетическая восприимчивость» к туберкулёзу, связанная с полиморфизмом рецепторного гена (VDR) - rs731236 TaqI. Исследования показали, что полиморфизм рецепторного гена (VDR) - rs731236 TaqI (гомозиготный дикий тип ТТ) играет ключевую роль в восприимчивости к туберкулёзу. Прием лекарственных форм витамина D у больных с активным туберкулёзом, имеющих гомозиготное состояние рецепторного гена витамина D, привел к достоверному уменьшению микроорганизмов в мокроте, в то время как у таких же больных с генотипом Т/С (гетерозиготный тип) уменьшение было не значительным [8]. Исследования показали, что содержание витамина D в сыворотке крови человека менее (≥50 nmol/L) [95% CI] увеличивает риск заболеть туберкулёзом в 1,4 раза (95% CI) p<.001 [8; 18]. Достоверно, различается содержание витамина у жителей северных и южных регионов, и это связано не только с климатом, но и, например, с таким фактором, как ношение одежды, женщины жарких стран носят одежду летом и прикрывают кожу, и поэтому риск заболеть у них в 2 раза выше по сравнению с мужчинами [8; 9]. В России самым лучшим по уровню солнечной инсоляции зимой является г. Владивосток, а меньше всех солнечного света получают жители г. Норильска.
В целом на долю всех влияющих на экспрессию генов M. tuberculosis климатических факторов 34% приходится на температуру и концентрацию кислорода во вдыхаемом воздухе, 31% - на влажность и солнечную радиацию, и 14% - на изменение атмосферного давления. Таким образом, общая климатическая нагрузка на гены M. tuberculosis составляет 79%.
Выводы
Подводя итоги, можно сделать следующие выводы:
- Самыми главными климатическими факторами (в порядке убывания по факторным нагрузкам) для здоровья человека являются: температура воздуха, атмосферное давление, весовое содержание кислорода, влажность и уровень солнечной радиации. Основными метеоэлементами (также в порядке убывания) для возможной экспрессии генов вирулентности M. tuberculosis являются: температура воздуха, атмосферное давление, весовое содержание кислорода и влажность. Ветер, как отдельный метеоэлемент погоды, не оказывает существенного влияния ни на восприимчивость человека к туберкулезу, ни на сами микроорганизмы.
- Гипоксический тип погоды, возникающий в некоторых городах при определенных метеоусловиях, особенно неблагоприятен для людей с бронхолёгочной патологией и курильщиков. В организме человека гипоксические условия могут создаваться в нижних отделах лёгких. При таких условиях M. tuberculosis благодаря «датчикам» гипоксии DosS, DosT, DosT может успешно локализоваться в фагоцитах или во внутригрудных лимфоузлах, приобретая латентную форму.
- Уровень солнечной радиации не является прямым стимулом для запуска генов вирулентности M. tuberculosis. Исследования, проводимые во всем мире, пока не выявили «датчики» чувствительности к солнечному свету, но вполне возможно, что определённые гены всё же чувствительны к определённому спектру солнечного изучения.
- Для человека солнечный свет является главным фактором выработки витамина D – мощного фактора фагоцитоза, активации моноцитов, цитокинов, ограничения внутриклеточного роста M. M. tuberculosis. Полиморфизм в гене рецептора витамина D (VDR) rs731236 TaqI играет ключевую роль в восприимчивости к туберкулёзу. Эта генетическая особенность, возможно, имеет серьёзные корреляции между заболеваемостью туберкулёзом, содержанием витамина D в организме человека и «отсутствием» у M. tuberculosis генов «датчиков» к солнечному свету. Учитывая этот факт, генетическое исследование полиморфизма гена рецептора витамина D может являться одним из важных в ранней диагностике и терапии туберкулеза при назначении лекарственных форм витамина D.
Таким образом, климат регионов России, находящихся в различных климатических поясах, существенно отличается по сочетанию метеоэлементов, и это является важнейшей эпигенетической особенностью связи «M. tuberculosis → человек», так как в этом случае вирулентность M. tuberculosis будет различна. Данный фактор следует учитывать в ранней диагностике туберкулёза и его лечении.