У Pseudomonas aeruginosa описана система секреции протеинов (так называемая протеаза III), обеспечивающая не только выведение экзоэнзимов из внутренней среды бактериальной клетки, но и их транслокацию внутрь эукариотической клетки, то есть к чувствительным мишеням . К протеинам, секретируемым описанной системой, относятся и факторы вирулентности.
Таким образом, патогенное действие Pseudomonas aeruginosa в первую очередь обусловлено образованием веществ, проявляющих свойства экзотоксинов, и высвобождением эндотоксинов при гибели и распаде бактериальных клеток.
Экзотоксины бактерий представлены продуктами жизнедеятельности с широким спектром биологической активности; среди них основное значение имеют:
Экзотоксин А — белок с Mr 66 000-72 000 Да; молекула токсина состоит из одной полипептидной цепи с 4 дисульфидными связями; свободных сульфгидрильных групп не содержит. Характерные особенности: наличие аргинина в качестве N-концевой аминокислоты и высокое содержание кислых аминокислот. Токсин термолабилен, расщепляется трипсином, панкреатической эластазой, проназой, а также под действием собственных протеолитических ферментов. Для синтеза in vitro необходимы хорошая аэрация и соответствующая температура (оптимум 32°С). Механизм действия связан с модификацией белков через АТФ-рибозилирование. Его мишень — фактор элонгации 2 (ФЭ-2); следствие — нарушение организации матрицы белкового синтеза (аналогичным свойством обладает дифтерийный токсин). Действие на подопытных животных превосходит токсичность всех остальных продуктов синегнойной палочки и проявляется в общем токсическом действии, отеках, некрозах, гипертензии с последующим коллапсом, метаболическом ацидозе, дыхательной недостаточности, параличе внутриклеточного синтеза белков и т.д. Гистологически выявляют печеночно-клеточный некроз, геморрагические поражения легких, тубулярный некроз почек и т.д.
Экзоэнзим S — белок с АДФ-трансферазной активностью; термостабилен; инактивируется под действием денатурирующих и восстанавливающих агентов, ионов Cu2+ и Fe2+; AT к экзотоксину А его не нейтрализуют. Образуется в двух формах: первая — ферментативно активный белок с Мr 49 000 Да; вторая — неактивный белок-предшественник с Mr 53 000 Да. В виде очищенного детергентами препарата нетоксичен для животных (очевидно, инактивируется при очистке); in vivo вызывает глубокие патологические процессы в легких.
Цитотоксин оказывает выраженное цитотоксическое действие на полиморфноядерные нейтрофилы (первоначально назывался лейкоцидином, но позднее установлено патологическое действие на любые клетки); способствует развитию нейтропении. Вызывает ультраструктурные изменения в клетках, нарушения физиологических градиентов К+, Na+, Са2+ и глюкозы через повышение проницаемости клеточных мембран; последнее обусловливает набухание клеток и потерю крупных (например, белковых) молекул. Данный токсин синтезирует 96,7% культур патогенных штаммов.
Гемолизины. Микроорганизм образует две гемолитические субстанции — термолабильный гемолизин с лецитиназной активностью (указанный выше как фосфолипаза С) — белок с необычно высокой для бактериальных фосфолипаз молекулярной массой (78 000 Да) и термостабильный гемолизин - гликопептид, состоящий из L-рамнозы и 1-b-гидрооксидеканоиновой кислоты.
Сочетанное образование обоих продуктов предполагает их функциональное взаимодействие: гликолипид подобно детергенту трансформирует фосфолипиды в растворимые формы (субстрат для фосфолипазы С), потенциируя тем самым ее активность. Эффективному высвобождению фосфатов способствует параллельный синтез бактериальной щелочной фосфатазы. Такое действие вызывают солюбилизацию и гидролиз фосфолипидов с образованием фосфорилхолинов — источника неорганических фосфатов; гемолизины приводят к развитию некротических поражений (особенно в печени и легких). Гемолизины продуцируют все клинические изоляты.
Эндотоксин и фактор проницаемости. Среди продуктов жизнедеятельности микроорганизма обнаружен энтеротоксический фактор - белковой природы, термолабильный, чувствительный к действию трипсина. Его патогенетическое значение оценить трудно, т.к. инфекции Pseudomonas aeruginosa, сопровождающиеся диареей, отмечают крайне редко (шанхайская, или пятидневная лихорадка). Вирулентные штаммы продуцируют фактор проницаемости (также лабильный к нагреванию и действию трипсина), участвующий в развитии патологических процессов в тканях.
Другой продукт жизнедеятельности (очевидно, участвующий в формировании поражений) — нейраминидаза (нарушает процессы метаболизма веществ, содержащих ненраминовые кислоты, например, в соединительно-тканных элементах). Нейраминидаза способна в 2-3 раза усиливать действие других токсинов. Также следует обратить внимание на способность Pseudomonas aeruginosa синтезировать протеолитические ферменты (по крайней мере, 3 различные протеазы, отличающиеся по своим характеристикам и субстратной специфичности).
Протеаза I (нейтральная) образуется в очень незначительных количествах; данные о ее субстратной специфичности и участии в патологических процессах отсутствуют,
Протеаза II (эластаза) обусловливает 75% всей протеолитической активности; расщепляет эластин, казеин, гемоглобин, фибрин, Ig, комплемент и другие белки, но слабо действует на коллаген. Мишень — пептидные связи между гидрофобными аминокислотами. Относится к металлопротеиназам и инактивируется хелатами, ионами тяжелых металлов и сывороточным b-макроглобулином. Синтезируется как связанный с клеткой профермент, аккумулирующийся в периплазматическом пространстве. Активируется путем ограниченного протеолиза щелочной протеазой или готовой порцией эластазы. Обнаружена у 85% штаммов.
Протеаза III (щелочная протеаза) гидролизует многие белки (в том числе g-интерферон), но не расщепляет эластин; внутривенное введение очищенного препарата вызывает кровоизлияния практически во всех внутренних органах; внутрикожное введение приводит к местным, позднее некротизирующимся кровоизлияниям.
Коллагеназа вызывает гидролиз коллагена в соединительных тканях. Основной фактор вирулентности при инфекционных поражениях роговицы.
Основные диагностически значимые Аг Pseudomonas aeruginosa -соматический О- и жгутиковый Н-Аг. Серологическую идентификацию культур и выявление их принадлежности к определенному серотипу (серовару) проводят по наличию у выделенной культуры сочетания группоспецифичного О-Аг и типоспецифичного Н-Аг.
О-антигенный комплекс — ЛПС с белками и липидами клеточной стенки. ЛПС эндотоксина образует типо- или группоспецифический термостабильный О-Аг, на основе структуры которого проводят серологическое типирование, т.е., он основной структурный компонент О-Аг, обусловливающий его специфичность. Принципиально структура ЛПС Pseudomonas aeruginosa аналогична строению ЛПС прочих грамотрицательных бактерий и включает липид А (базовая структура) и О-специфические боковые цепи. Белковый компонент эндотоксина представляет антигенный комплекс, общий для псевдомонад, т.е. родовой O-Аг: по своим свойствам и природе он аналогичен белку А других бактерий. По структуре O-Аг выделяют более 20 серогрупп, но высокая антигенная вариабельность Pseudomonas aeruginosa обусловливает постоянное увеличение их количества.
Н-, или жгутиковые, Аг представлены термолабильными белками низкой специфичности, обусловленной различиями в строении флагеллинов. Выявлено 15 различных типов Н-антигенов. О- и Н-Аг Pseudomonas aeruginosa обозначают арабскими цифрами (например, O-1; O-2; Н-1; Н-2 и т.д.), указывающими на принадлежность к определенной серогруппе (или Н-серотипу). Сочетание индексов определяет принадлежность к конкретному серовару. Н-Аг выявляют лишь у жизнеспособных, подвижных бактерий, не подвергшихся какому-либо химическому воздействию (в частности, дезинфектантов) и в культурах, выращенных на жидких средах (особенно дополненных глицерином). Схема сероидентификации выделенных изолятов: выявление группового O-Аг; выявление типового Н-Аг; определение (по таблице) принадлежности к серовару по сочетанию О- и Н-Аг.
У мукоидных штаммов можно обнаружить капсульный К-Аг. До настоящего времени его диагностическая значимость была невелика, т.к. подходы к его идентификации по его структуре не разработаны. Однако (как более поверхностно расположенный Аг) он способен маскировать О-детерминанты, искажая О-агглютинабельность.
Среди поверхностных Аг Pseudomonas aeruginosa обнаружены белковые пилиарные (фимбриальные) Аг. Их анатомическая основа — пили (фимбрии, в том числе и F-пили). Выделяют два типа пилей и столько же типов Аг. Они не играют диагностической роли, и их изучение обычно составляет предмет специальных исследований.