КУЛЬТУРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА. Bacillus anthracis хорошо растет на обычных питательных средах: бактерии можно даже выращивать на сыром или вареном картофеле, настое соломы, экстрактах злаков и бобовых. Температурный оптимум на агаре 35-36°С, оптимум рН 7,0. На жидких средах растет в виде ватных хлопьев, взвешенных комком, не вызывает помутнения среды. Дает характерный рост при посеве уколом в желатин («перевернутая елочка»); позднее верхний слой желатина разжижается, образуя воронку. На твердых средах образует крупные шероховатые серовато-белые колонии (R-формы) диаметром 2-3 мм, типичными считают характерные волокнистые колонии («голова Медузы» или «львиная грива»), образованные переплетающимися цепочками бактерий. Рост вирулентных штаммов на плотных средах и желатине настолько характерен, что может служить диагностическим признаком. На свернувшейся (30 мин при 80°С) лошадиной сыворотке растет в виде гладких прозрачных S-колоний, тянущихся за петлей. Палочка сибирской язвы — аэроб или факультативный анаэроб; в анаэробных условиях (либо при значительном варьировании температурного режима) образует единичные, мелкие колонии. При культивировании в микроаэрофильных условиях всегда образует гладкие (S), слизистые (М) или смешанные (SM) колонии. Возбудитель образует кислоту без газа на средах с глюкозой, фруктозой, мальтозой и декстрином. Слабое или отсроченное образование газа наблюдают на средах с глицерином и салицином (не у всех штаммов). Кислотообразования не находят на средах с арабинозой, рамнозой, маннозой, галактозой, раффинозой, лактозой, инсулином, маннитом, дульцитом, сорбитом и инозитом. Гидролизует крахмал; образует ацетилметилкарбинол и лецитиназу. Bacillus anthracis очень медленно и слабо коагулирует жидкую желточную среду; нередко изоляты вообще лишены такой способности. Положительный результат можно ожидать не ранее 5-7 сут инкубирования при 37°С; в то же время сапрофитные бациллы разлагают ее за 6-10 ч. В отличие от сапрофитов, палочки сибирской язвы лишены фосфатазы и не разлагают фосфаты, содержащиеся в питательной среде. Молоко свертывают за 3-5 сут; затем сгусток медленно пептонизируется и разжижается; выделяется аммиак и (в связи с окислением тирозина) накапливается бурый пигмент.
АНТИГЕННАЯ СТРУКТУРА. Выделяют 3 группы основных Аг Bacillus anthracis, две из которых (капсульные Аг и токсин) кодируются плазмидами; отсутствие одной или обеих делает бактерии авирулентными. Капсульные Аг заметно отличаются по химической структуре от прочих капсулярных Аг бактерий; представлены полипептидами. Соматические Аг представлены полисахаридами клеточной стенки.
ПАТОГЕННОСТЬ Bacillus anthracis прямо зависит от капсуло- и токсинообразования; штаммы, не проявляющие подобные свойства, обычно авирулентны. Капсула защищает бактерии от действия вне- и внутриклеточных продуктов фагоцитов и препятствует поглощению бактерий; на начальных этапах заболевания капсула — важнейший фактор вирулентности. Способностью к капсулообразованию также обладают некоторые вакцинные штаммы (например, Пастера или второй вакцинный штамм Ценковского). Долгое время считали, что патологические изменения и гибель наступают в результате действия какого-то гемолитического яда, однако выделить его не удавалось. В 1954 г. появились первые сообщения о выделении сибиреязвенного токсина (in vitro, in vivo). Smith и др. писали, что Вас. anthracis продуцирует токсин in vitro. В 1969 г. почти одновременно были опубликованы работы американских и английских ученых о выделении трех типов токсина. Английские ученые условно назвали их факторами 1, II, III, американские соответственно EF (фактор отека), РА (защитный или протективный антиген) и LF (фактор гибели). Эти факторы различаются серологически. Например, EF и РА синергически вызывают отек у морских свинок и кроликов после подкожной инъекции, а LF и EF — гибель всех животных, восприимчивых к сибирской язве.
Прогресс в области биохимических исследований токсина Bac.anthracis и механизма его патогенетического воздействия на животные клетки во многом связан с работами S. Lеppla (1982-1989). Автору удалось получить в препаративных количествах все 3 компонента токсина в высокоочищенном состоянии, что позволило использовать их как для характеристики функциональной активности, так и для разработки эффективных средств диагностики.
Механизм действия сибиреязвенного (антракс) токсина. До последнего времени оставался не вполне ясным вопрос о механизме взаимодействия PA, LF и EF с животными клетками, расшифровка которого могла бы во многом способствовать пониманию интимной природы патогенетического действия сибиреязвенного (антракс) токсина. Существенные успехи в этом направлении были достигнуты с началом использования культур эукариотических клеток. В 1982 и 1984 гг. S. Leppla опубликовал результаты изучения биохимической природы EF сибиреязвенного микроба. Автору удалось показать, что EF Bac. anthracis вызывает морфологические изменения в монослое культуры клеток ряда клеточных линий. В 1986 г. A. Friedlander показал, что добавление РА и LF к монослою перитонеальных макрофагов приводит к его деструкции при отсутствии таковой в случае использования отдельно взятых РА и LF. Отмеченный факт послужил основанием для выдвижения предположения, что LF, так же как и EF, обладает ферментативной активностью, точка приложения которой, однако, остается невыясненной. Интересно, что, как и в случае с отечным токсином, для реализации цитотоксического действия летального токсина требуются ионы «Са».
Необходимо также отметить, что из 3 указанных компонентов токсина лишь иммунизация РА предохраняла лабораторных животных от гибели при их заражении вирулентными штаммами Bac.anthracis, что позволило использовать в ряде стран препараты на его основе в качестве химической сибиреязвенной вакцины. Данные ряда исследований позволяют отнести сибиреязвенный (антракс) токсин к категории известных бифункциональных (бинарных) токсинов, механизм действия которых в определённой мере укладывается в рамки так называемой А-В-структурной модели, описанной для токсинов Cl. tetani,V. cholerac, C. Diphtheriae (K.Sandvig et al., 1982), экзотоксина А и цитотоксина псевдомонад (D.Fizgerald et al., 1982; T.Sasaki et al., 1985), шига-токсина, а-токсина стафилококков, энтеротоксинов Cl рerfringens (Ю.В.Езепчук.1985; I. Freer, 1988). В качестве В-субъединицы (от англ. binding - связывание) в данном случае выступает протеолитически активированный РА, а в качестве субъединицы А (каталитической, активной) - LF или EF.
Полученные данные свидетельствуют о том, что цитотоксическое действие летального токсина Bac.anthracis реализуется на уровне внутриклеточной мишени, природа которой остается неизвестной (K.Sandvig et al., 1986).
Несмотря на разнообразие и неоднородность изменений, вызываемых обоими компонентами сибиреязвенного токсина, в их основе лежат единые регуляторные механизмы. R.Liddington et al. (1998) провели кристаллографическое изучение летального токсина Bac.anthracis. Оказалось, что она не имеет сходства с другими бактериальными токсинами и определяет новый структурный класс. Летальный фактор является каталитическим компонентом летального токсина Bac.anthracis.
Ph.Hanna (1998) указывает, что после проникновения спор антракса в организм происходит их размножение, рост вегетативных клеток и экспрессия летального токсина и других факторов вирулентности. Летальный токсин Bac.anthracis (Leix) является ответственным за большинство патологий, наблюдаемых при системной сибиреязвенной инфекции. Введение стерильного Leix подопытным животным проявляется в виде шока и внезапной смерти, как это происходит в течении активных бактериальных инфекций. При заражении в организме сразу накапливается Leix в высокой концентрации. Разрушение бактерий при применении антибиотиков чаще всего не приносит успеха. Считается, что Leix секретируется в кровяное русло и свободно циркулирует по организму, проникая в клетки хозяина. Непосредственно в цитоплазме летальный токсин нарушает нормальные гомеостатические функции. Макрофаги являются уникально чувствительными типами клеток, которые, по-видимому, служат жизненными глобальными медиаторами патологий, индуцируемых токсинами. От взаимодействия протективного антигена и летального фактора токсина Bac.anthracis зависит цитотоксичность этого токсина. По данным Y. Sigh и S.Lеppla (1998), в процессе цитотоксичности РА связывается с поверхностным клеточным рецептором и LF транслоцируется в цитозоль клеток. В другой работе те же авторы пишут, что главную роль, которую играет токсин в патогенезе антракса, является то, что токсин эволюционировал в эффективную систему для переноса его двух каталитических белковых, компонентов - фактора отека и летального фактора в цитозоль клеток хозяина. А.С.Степанова и S.Leppla (1996) считают, что взаимодействие летального токсина и фагоцитов животного играет центральную роль в вызывании серьезных симптомов сибирской язвы и летальности.
По данным этих авторов, макрофаги являются мишенью для сложного воздействия обоих факторов вирулентности. Летальный токсин и капсула, при определенных условиях, оказывается, действуют главным образом внутриклеточно, значительно снижая жизнеспособность макрофагов. Эти данные показывают решающую роль бактериального фагоцитоза на начальных стадиях патогенеза сибирской язвы, где фагоциты могут служить в качестве резервуара для аккумуляции, размножения и рассеивания микроорганизма по телу, играя, таким образом, роль в установлении и последующем прогрессировании болезни. На конечных этапах болезни аккумулированные и освобожденные токсины играют первичную роль.