ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ ПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

Фактические данные свидетельствуют о том, что различные патогенные микроорганизмы, филогенетически далекие друг от друга и предъявляющие разные требования к конкретным условиям существования, обладают выраженным конвергентным сходством: это способность к более или менее автономному сапрофитическому существованию, что и объединяет их в экологически своеобразную, хотя обширную и неоднородную группу. В нее входят, кроме типичных случайных паразитов - возбудигелей истинных сапронозов, некоторые микроорганизмы, занимающие промежуточное положение между случайными и факультативными паразитами, а по ряду экологических особенностей стоящие ближе к последним (лептоспиры, псевдотуберкулезный микроб).

К типичным сапронозам относятся инфекции, возбудители которых отличаются тем, что их связь с хозяевами носит эпизодический, необязательный и даже случайный характер и потому несущественна для существования микроба как вида (ботулизм, столбняк, легионеллез, мелиоидоз, синегнойная инфекция и др.).

Возбудители других инфекций также имеют обязательную сапрофити- ческую фазу, но характеризуются более тесными и регулярными связями с теплокровными хозяевами, хотя круг последних обычно весьма широк, а вовлечение тех или иных видов в циркуляцию возбудителя незакономерно. Паразитизм таких микроорганизмов уже не столь случаен, в нем прослеживаются отдельные черты, сближающие их с факультативными паразитами. Такие инфекции не являются типичными сапронозами: они имеют определенное сходство с зоонозами, что дает основание рассматривать их как особую промежуточную группу инфекций так называемых «сапро- зоонозов».

Любые объекты внешней среды - почва, вода, растительные субстраты - резко отличны от организма по многим показателям, в том числе по гидротермическому режиму - одному из главных лимитирующих факторов для микроорганизмов. К тому же абиотические факторы внешней среды в отличие от организма испытывают сильные суточные, сезонные и непериодические колебания. К примеру, суточные колебания температуры в почвах умеренного пояса могут превышать 15°С, а сезонные еще выше. Важно подчеркнуть, что в сапрофита чес кой фазе возбудители испытывают непосредственное воздействие факторов внешней среды, находясь под прямым и жестким их контролем, что отличает их от паразитов, обитающих в организме хозяина. Естественно, первая черта совершенно необходима для сапрофитического существования возбудителей - широкий диапазон экологической толерантности, т.е. сохранение жизнеспособности при больших колебаниях температуры, влажности, активной реакции среды, содержания органических веществ и пр.

Можно констатировать существование 2 различных молекулярногенетических механизмов низкотемпературной адаптации микробных популяций. Первый из них происходит с участием температурно- индуцибельных «холодовых» изоферментов. Низкая температура, по- видимому, включает в работу сильные регуляторные локусы ДНК, что и приводит к усиленной экспрессии генома. Этот механизм обеспечивает ответ всей популяции при резкой смене температуры. Второй механизм реализует преимущество части популяции.

Существование различных неконкурирующих адаптивных механизмов, закрепленных в ходе эволюции, по-видимому, позволяет различным видам микроорганизмов иметь широкий температурный диапазон роста и тем самым успешно конкурировать за новую экологическую нишу и обеспечивать их выживаемость в ней.

Мезофилы и факультативные термофилы (термотрофы) - легионеллы, клостридии, мелиоидозный микроб - имеют иную температурную зону - иногда до 50.. .60°С, но плохо растут при низких температурах.

Определенный температурный диапазон обусловливает специфические закономерности сезонных колебаний численности различных возбудителей во внешней среде зараженности животных и эпизоотического проявления инфекций. Так, иерсиниозы и листериозы имеют выраженную зимне-весеннюю или осеннюю сезонность, тогда как кпостридиозы - летнюю. Температурный режим в значительной степени определяет и закономерности географического распространения этих инфекций. В разных ландшафтных зонах, различающихся по гидротермическому режиму почв, наблюдается различная концентрация возбудителей в почве и связанное с этим эпизоотическое проявление инфекций, что хорошо известно для ряда клостридий.

К числу важнейших факторов внешней среды, определяющих условия существования патогенных микроорганизмов, относится и влажность субстрата. Длительное питание и активное размножение многих из них как в почве, так и в воде неудивительно: эти среды обитания чрезвычайно сходны по многим показателям. Обитая в почве, микроорганизмы населяют микроскопические водоемы между частицами почвы, поэтому существенное значение имеет механический состав и физические свойства почвы. Установлена выраженная приуроченность различных возбудителей к пойменным биотопам (депрессиям рельефа) с повышенной увлажненностью почвы. О большом значении влажности почвы свидетельствуют и многие лабораторные эксперименты с различными патогенными бактериями. Температура и влажность - тесно взаимосвязанные факторы среды, их изолированное воздействие можно рассматривать условно. Эту взаимосвязь отражает известное понятие «гидротермический коэффициент». При обитании во внешней среде патогенные бактерии, по-видимому, экологически близки к сапрофитическим, для существования которых благоприятны сходные показатели гидротермического режима, хотя по ряду причин те и другие изучаются независимо.

Другие важные факторы внешней среды - активная реакция среды (pH), осмотическое давление, содержание неорганических веществ, в том числе микроэлементов, наличие различных органических субстратов. Особый интерес с точки зрения механизмов адаптации патогенных бактерий к обитанию вне организма хозяина представляет снижение питательных потребностей, олигонитрофильных и олигокарбофильных свойств, обусловливающих возможность прототрофного типа питания некоторых возбудителей во внешней среде, особенно при понижении температуры. К сожалению, работ, посвященных особенностям питания, потребностям в аминокислотах и факторах роста при обитании патогенных бактерий во внешней среде, очень мало.

Закономерности распространения и численности патогенных микроорганизмов во внешней среде определяются, очевидно, не только абиотическими, но и биотическими факторами. Вопросы биоценотических взаимоотношений в почвенных и водных ценозах активно разрабатываются для сапрофитических бактерий. Они представляют несомненный интерес и в приложении к возбудителям сапронозов. Например, спектр микрофлоры почв, специфичный для разных ландшафтных зон и типов почв, в большей мере формируются под селективным воздействием почвенной фауны на микробные сообщества. Показано также, что водоросли - благоприятная среда обитания различных микроорганизмов благодаря большому количеству воды в их оболочках и выделению органических веществ. Например, за 2 часа совместного культивирования синезеленых водорослей с симбиотическими бактериями последние ассимилировали 20% меченых по 14° С органических веществ. Неоднократно описаны ассоциативные отношения сапрофитических бактерий с простейшими, внутри которых они успешно размножаются. Возбудители инфекций изучены в этих отношениях гораздо слабее, хотя отдельные сведения подобного рода известны для них. На фоне широкого изучения закономерностей зонального распространения и симбиотических отношений анаэробных почвенных бактерий, в том числе различных клостридий, известны попытки такого анализа для столбнячного микроба и возбудителя газовой гангрены. Детально изучаются зональное распространение, особенности экологии в разных типах почв, сезонная динамика популяции и некоторых псевдомонад, однако подобных исследований для убиквитарно распространенной синегнойной палочки крайне мало. Причина такого отставания экологии патогенных микроорганизмов во внешней среде - идейная и методическая оторванность ветеринарной и медицинской микробиологии от общих исследований по экологии микроорганизмов.

Резкие различия организма и внешней среды по многим условиям существования для паразита обусловливают неизбежность адаптивной изменчивости ряда важнейших свойств патогенных микроорганизмов - вирулентности, ферментативной активности, антигенного строения и др. Иными словами, переход от паразитического существования к сапрофи- тическому и обратно требует физиологической перестройки, которая может осуществляться как на уровне отдельного микроорганизма, так и на популяционном уровне.

Первый механизм адаптации возбудителей к разным средам обитания можно назвать индивидуальным. Он предполагает потенциальное наличие у каждой микробной клетки смешанного набора изоферментов, работающих при разных температурах, либо температурозависимую экспрессию генов, кодирующих синтез изоферментов. В конкретных температурных условиях среды функционирует определенный из них, тогда как при сильном изменении температуры активность проявляет уже другой. На данный механизм, обеспечивающий широкие термоадаптационные возможности псевдотуберкулезного микроба, указывалось сразу после открытия у него изоферментов.

Второй возможный механизм адаптации возбудителей к разным средам обитания - популяционный, который предполагает селективное изменение гетерогенной популяции. В основе обратимой «фазовой» изменчивости и популяции бактерий лежит исходная гетерогенность популяции по любому признаку. Селективные процессы в новой среде обитания не уничтожают такую гетерогенность, а как бы «смещают» ее в соответствующем направлении - путем изменения процентного соотношения особей с данными свойствами. Такая «направленная самопере- стройка популяций микроорганизмов» детально обсуждена в работе В. Д. Белякова (1987).

В качестве примера можно привести гетерогенность гостальной части популяции лептоспир по признаку вирулентности: характеризуясь в целом высокой вирулентностью, она содержит немало негомологичных, но авирулентных микробных клеток, причем это соотношение в организме другого хозяина может быть обратным.

Нельзя исключить, что в процессах изменчивости патогенных бактерий по внешней среде определенную роль играет и обмен бактериальными плазмидами, генетическая информация которых может оказаться спасительной для бактерий при изменении условий существования. На принципиальную возможность этого указывает, к примеру, случай передачи термочувствительной плазмиды группы несовместимости Н2, детерминирующей устойчивость к стрептомицину и тетрациклину, от сальмонелл кишечной палочке, причем передача плазмиды происходила именно во внешней среде, а не в организме хозяина. Ученые указывают на возможную генетическую трансформацию у бактерий в естественных сообществах, демонстрируя ее конкретно - у мелиоидозного микроба в стерильной почве, а также межвидовую трансформацию - у возбудителя сапа. Трансформация у бактерий - не более удивительное приспособление, чем рассеивание пыльцы у растений.

Возможно при переходе от свободноживущего к паразитическому образу жизни возбудители типичных сапронозов оказываются способными использовать организм как среду обитания именно в силу своих широких экологических возможностей и физиологической универсальности, а не благодаря глубокой специализации к паразитическому образу жизни. Иными словами, диапазон их экологической толерантности включает в себя и условия в паразитической фазе.

Так, ферменты, обеспечивающие проникновение и распространение в организме патогенных бактерий (гиолуранидаза, нейраминидаза, некоторые протеиназы), известны и у типичных сапрофитов, которым необходимы деполимеризации структур отмерших тканей. Универсальна и вто-

рая группа факторов патогенности, обеспечивающих в организме защиту от фагоцитоза (многие сапрофигические бактерии также образуют капсулы и капсулоподобные структуры для защиты от различных неблагоприятных факторов внешней среды), указывает, что легионеллы адаптированы к существованию внутри амеб, и при взаимодействии с макрофагами и моноцитами в организме человека они используют те же механизмы, что и в амёбах, в частности блокирование фагосомно-лизосомного аппарата. Значение pH амеб и макрофагов одинаково (6,9), будучи оптимальным для размножения возбудителя. Третья группа факторов патогенности - токсины - как будто строго специфична для паразитических форм, однако нельзя исключить, по-видимому, что токсины могут быть одним из факторов антагонизма бактерий. Показано, что энтеротоксин холерного вибриона оказывал ингибирующее действие на ряд бактерий, что приводит к заключению о его антагонистической активности в отношении микрофлоры. Это, однако, нуждается в подтверждении. С другой стороны, есть мнение, что токсичность для организма человека не является признаком, необходимым для существования холерного вибриона как биологического вида. Известна бактериальная токсичность почвы и воды, которую не удается нейтрализовать известными антитоксическими сыворотками и которая, вероятно, обусловлена сапрофитическими почвенными бактериями. Указывая на это, Д. Г. Затула и С. Р. Резник (1973) в книге, посвященной токсичным метаболитам сапрофитических бактерий, приводят также данные о ферментах, связанных с патогенностью, у бацилл группы sublitis - mesenthericus: гиалуронидазе, коагулазе, фибринолизине и др.

К этому можно добавить следующее. Не исключено, что токсиген- ность не является постоянным свойством данного возбудителя. Синтез многих энтеротоксинов кодируется генами, локализованными в плазмидах, что позволяет предполагать возможность передачи генов токсигенно- сти как в популяции конкретного вида, гак и между разными видами в микробном сообществе.

Все изложенное дает основание усомниться в уникальности адаптивных приспособлений, которые в медицинской и ветеринарной микробиологии принято называть «факторами патогенности». В принципе те же механизмы необходимы микроорганизмам и при свободнодвижущем образе жизни: они должны прикрепляться к субстрату, проникать внутрь клеток, расщеплять органические соединения, защищаться от губительных факторов среды, успешно конкурировать с другими микроорганизмами и т.п. Понятно, что чем шире диапазон таких возможностей у микроба, гем шире и экологическая ниша, занимаемая им в природе.

Характерная черта возбудителей сапронозов и сапрозоонозов - возможность автономного существования во внешней среде, что убедительно доказано для многих из них. Разумеется, у разных видов возбудителей или у одного вида в разных условиях соотношение темпов размножения и отмирания микробных клеток во внешней среде может варьировать, так что

тип динамики популяции и уровень численности в субстратах внешней среды могут быть разными. Вопрос здесь заключается не столько в том, размножается ли тот или иной возбудитель во внешней среде, сколько в том, достаточны ли темпы размножения для компенсации его гибели на любом уровне численности и, значит, обеспечения существования популяции возбудителя во внешней среде.

Как уже указывалось, только в этих случаях внешнюю среду можно признать полноправной средой обитания возбудителя.

Закономерное обитание возбудителей сапронозов и сапрозоонозов в почве и воде, разнообразные симбиотические связи с почвенными и водными организмами наряду с циркуляцией среди наземных животных делают их полноправными и самостоятельными сочленами естественных экосистем, так что они отвечают главному критерию природноочаговых инфекций. Хорошо известно, что единственным резервуаром возбудителей природноочаговых инфекций традиционно считаются животные. Накопленные к настоящему времени многочисленные доказательства возможности длительного автономного существования популяции возбудителя во внешней среде позволяют, на наш взгляд, считать различные субстраты внешней среды самостоятельным, автохтонным резервуаром возбудителей в природе. Подобную точку зрения о существовании почвенных природноочаговых микозов высказывает В. М. Шарапов (1988). Это существенно расширяет как общие положения концепции природной очаговости болезней человека, позволяя считать природным очагом любую естественную экосистему, включающую популяцию возбудителя, так и конкретные представления о «жизненных схемах» возбудителей инфекций - путях их циркуляции (как эстафетной, последовательной, так и веерообразной - эпизодической и тупиковой) и резервации в природных очагах.

Вместе с тем очевидно, что в арсенале традиционных подходов и средств изучения природных очагов практически нет методических приемов, позволяющих проводить современный популяционно-экологический анализ возбудителей в сапрофита ческой фазе существования.

Опыт борьбы с инфекционными заболеваниями свидетельствует о том, что противоэпизоотические и профилактические мероприятия эффективны в том случае, если детально изучены и познаны закономерности циркуляции возбудителя в природе. Патогенный микроорганизм, совершая биологический цикл развития, непрерывно перемещается из организма одного хозяина (среда 1-го порядка) в организм другого. Это перемещение осуществляется через элементы внешней среды (среда 2-го порядка - вода, почва, воздух), а также через переносчиков. Среди элементов 2-го порядка важную эпизоотологическую роль играет почва как промежуточная среда, куда с органическими отходами попадает значительное число патогенных возбудителей и яиц гельминтов, что создает потенциальную опасность возникновения эпизоотических очагов.

В почве в зависимости от ее типа и структуры под влиянием многообразных факторов одни патогенные микроорганизмы быстро погибают, для других почва является той промежуточной средой, через которую возбудители могут попадать в воду, воздух, на корма, другие объекты внешней среды и, достигая тем или иным путем организма хозяина, обеспечивают непрерывность циркуляции в природе, несмотря на разную степень взаимодействия с почвой. Следовательно, эпизоотологическая роль почвы при различных инфекциях неравнозначна, что обусловлено выживаемостью в ней патогенных микроорганизмов. Наибольшее эпизоотологическое значение почва имеет при таких заболеваниях, как сибирская язва, столбняк, лептоспирозы, геогельминтозы и т.д.

Относительно выживаемости возбудителей этих инфекций в почве в литературе имеется множество сообщений. Интенсивность воздействия на микроорганизмы разных структур почвы, имеющегося в ней гумуса, различных микроэлементов, влаги, температуры, инсоляции, разными авторами определяется неодинаково. Одни из них считают, что характер почвы во многом зависит от предпосылок, способствующих или препятствующих жизнедеятельности патогенных бактерий, а механический состав, структура, органические вещества определяют интенсивность и характер жизненных процессов в почве. Другие отдают предпочтение реакции почвы и изменению значения pH. Очевидно, что в почвах патогенные микроорганизмы развиваются или длительно живут только при определенных температурных условиях, соответствующей влажности, реакции среды, наличии органических веществ, оказывающих на них комплексное влияние. В каждом конкретном случае трудно бывает отдать предпочтение какому-либо одному фактору.

Эпизоотическое проявление сапронозных инфекций в конечном счете обусловлено механизмами и формами существования возбудителей как сочленов почвенных или водных экосистем. Разные стороны деятельности человека и соответственно те или иные социальные факторы активно влияют на эпизоотические ситуации: они способны менять популяционные параметры патогенного потенциала микроорганизмов и иммунного статуса животного, определить реализацию механизма передачи возбудителей, а также создавать новые, вторичные резервуары и пути циркуляции патогенных микроорганизмов.

Длительно господствовавшие представления о невозможности автономного существования возбудителей инфекций в окружающей среде (вне организма человека или теплокровных животных) базировались на тезисе об однозначно губительном воздействии на паразитов факторов внешней среды как абиотических (неблагоприятная температура, дефицит питательных веществ и пр.), так и биотических (микробная конкуренция, хищничество простейших и пр.). Это предубеждение развеяно многочисленными фактическими данными. У патогенных бактерий, способных к обитанию в почвах и водоемах, выявлены психрофильные свойства,

«холодовые» изоферменты, а также миксотрофия с хемолитоавготрофным типом питания во внешней среде (цикл многолетних исследований Г. П. Сомова с сотрудниками). Сведения в этой книге показывают, что разные компоненты биоты способны поддерживать популяции патогенных бактерий в почвенных и водных экосистемах, выполняя роль их естественных хозяев. При этом циркуляция возбудителей инфекций не ограничивается пределами видовой популяции хозяина на одном трофическом уровне (к примеру, простейшими): они могут мигрировать и «по вертикали» - по пищевым цепям сообщества от низших трофических уровней к высшим. Циркуляция возбудителей в почвенных и водных сообществах обеспечивает показатели численности и гетерогенности бактериальной популяции, адекватные конкретным условиям среды, а также необходимый уровень вирулентности, связанный с интенсивностью пассирования патогенных бактерий в популяциях естественных хозяев. Один из возможных путей «выноса» патогенных бактерий в наземные экосистемы - проникновение из почвы в растения через корневую систему с дальнейшей передачей зеленоядным млекопитающим при поедании инфицированных побегов растений. Столь неожиданная резервуарная функция растений для возбудителей болезней человека впервые установлена в экспериментах с иерсиниями и листериями, которые эпизоогологически связаны с продуктами животноводства.

Качественно новая информация, полученная в последнее десятилетие, характеризует яркое экологическое своеобразие патогенных микроорганизмов - обитателей почв и водоемов, паразитизм которых у млекопитающих эпизодичен (случаен), не будучи обязательным условием их существования в природе. Важными следствиями этого являются и особенности организации паразитарных систем открытого типа, и выраженное своеобразие сапронозов среди прочих природноочаговых инфекций, и специфические закономерности их эпизоотологии, выходящие за рамки привычных трактовок резервуара, источника, механизма передачи возбудителей и характера эпидемического процесса.

В последние годы коренным образом меняются взгляды на процессы, традиционно толковавшиеся как «отмирание» патогенных микроорганизмов во внешней среде: вскрыты причины редкости и непродолжительности выделения культур из почв или водоемов. Речь идет о переходе многих патогенных бактерий в некультивируемое состояние при обитании в почве (воде), что с применением полимеразной цепной реакции удалось доказать как в экспериментах (иерсинии, листерии, сальмонеллы), гак и обнаружением некультивируемых форм возбудителей псевдотуберкулеза, чумы и холеры в естественных почвах и водоемах очагов инфекций. Параллельно получены первые данные о генетических механизмах, обеспечивающих переход неспорообразующих бактерий в покоящееся (некультивируемое) состояние, и идентифицированы гены, контролирующие этот процесс у сальмонелл. Вряд ли надо доказывать значение этих результатов для проблемы сохранения возбудителей инфекций в межэпизоотические и межэпидемические периоды.

Одно из центральных мест в инфектологии занимают представления о факторах патогенности микроорганизмов. Экологические и молекулярногенетические аспекты этой проблемы, хотя и обсуждаются независимо в разных главах и под разным углом зрения, концептуально сходятся в едином фокусе, и не случайно. Многие факторы, определяющие патогенность бактерий для млекопитающих, играют вместе с тем различную адаптивную роль и в других средах обитания - почве, воде, гидробионтах, растениях. Многообразие функции и универсальность обеспечиваются регуляторными механизмами молекулярно-генетической природы. Общая их схема сводится к наличию в бактериальной клетке сенсорного трансмембранного белка, передающего сигналы о параметрах окружающей среды на белок - регулятор экспрессии генов, кодирующих ряд признаков, которые, в частности, определяют и патогенность. «Включение» тех или иных функций (синтез определенных продуктов), таким образом, вызвано непосредственным воздействием факторов окружающей среды, и реакция бактериальной клетки, адекватная их изменениям, носит адаптивный характер в любой среде обитания.

Процессы циркуляции возбудителей инфекций в почвенных или водных сообществах при благоприятных условиях и их резервации в покоящихся формах (споровой или некультивируемой) для переживания неблагоприятных периодов в совокупности составляют основу экологических механизмов энзоотий и эндемий сапронозной природы. Можно полагать, что эта эпизоотиологически ключевая проблема зашла в тупик именно из-за незнания или игнорирования экологии возбудителей инфекций вне наземных паразитарных систем - в почвах и водоемах.

В заключение особо подчеркнем высокую продуктивность экологических и молекулярно-генетических исследований для решения коренных, нетривиальных вопросов эпизоотологии сапронозных инфекций. Экологическая эпизоотология и молекулярная эпизоотология - это новые, параллельно развивающиеся ветви древней науки - при интеграции их идей, объектов, подходов и методов способны поднять эпизоотологию на качественно новый уровень. В переосмыслении нуждаются не только ряд фундаментальных проблем, но и стратегические принципы эпизоотологи- ческого надзора при многих инфекционных болезнях животных.

Сведения по экологии патогенных бактерий во внешней среде немногочисленные, разрозненны, часто не поддаются однозначной трактовке, а потому обобщение этих материалов - трудная и неблагодарная задача. Из огромного числа работ, констатирующих факты обнаружения тех или иных патогенных бактерий в объектах внешней среды, трудно сделать определенные выводы о закономерностях их сапрофитического образа жизни. Во многих работах содержатся прямые (инфицированносгь почвы, воды) или косвенные (заболеваемость людей и животных) данные, свиде-

тельствующие о длительном существовании возбудителей во внешней среде, при отсутствии экспериментальных доказательств. В иных случаях, напротив, этому вопросу посвящены специальные лабораторные эксперименты, однако адекватность естественным условиям нередко весьма сомнительна.

Целенаправленные исследования по экологии во внешней среде выполнены для псевдотуберкулезного микроба и в меньшем объеме для леп- тоспир, листерий, сибиреязвенного микроба и патогенных микобактерий.

Оптимальной стратегией исследований по экологии патогенных бактерий во внешней среде, по-видимому, могут быть полевые эксперименты в естественной обстановке. Их число пока крайне незначительно, что объясняется серьезными, часто непреодолимыми методическими трудностями и отсутствием общих подходов к таким экологическим исследованиям.

Обобщая сведения о закономерностях обитания некоторых патогенных бактерий во внешней среде, мы не приследовали цель дать исчерпывающий полный обзор литературы ни в отношении круга рассматриваемых возбудителей, ни в отношении сведений по каждому из них.

Ниже представлены экологические особенности некоторых видов патогенных микроорганизмов.

Leptospira interrogans - возбудители лептоспирозов - один из немногих видов патогенных бактерий, сапрофитическое существование которых целенаправленно изучалось в естественных условиях природного очага в ходе многолетних полевых экспериментов.

Лабораторные опыты D.Smith и H.Self показали, что лептоспиры се- рогруппы Australis выживали в почве с сахарных плантаций (температура 20...29°С, влажность 34 - 37%, pH - 6,1 - 6,2) до 43 суток при заражении почвы культурой и до 15 суток при внесении инфицированной мочи крыс. Лептоспиры ряда серогрупп обнаруживались в почве до 152 суток, причем несколько дольше они сохранялись при слабощелочной реакции среды. Лабораторные эксперименты других исследователей, как правило, демонстрировали сравнительно небольшие сроки существования лептос- пир в почве или воде. Эти сроки могут отличаться у лептоспир серогрупп.

Первые работы, выполненные в естественных условиях природного очага с применением прямой микроскопии почв, не смогли выявить предельных сроков существования внесенных в почву лептоспир из-за низкой их концентрации. Средняя концентрация лептоспир в почве составляет всего 33+11 микробных тел на 1 мл надосадочной жидкости. При использовании биопроб на золотистых хомяках было установлено, что лептоспиры серогруппы Grippotyphosa в почвах природного очага котловины оз. Неро (влажность 70%, pH 7,5 - 8,5) существовали свыше 9 месяцев после внесения. Они благополучно перезимовывали и сохраняли патогенность. Полевые эксперименты показали также, что в сухих, кислых почках (влажность 9,5 - 15,5%, pH 5,5 - 6,2) лептоспиры отмирали очень быстро (через 1 - 3 суток), тогда как во влажных (69 - 71%), слабощелочных

(pH 7,5 - 8,5) почвах они пережили лето и зиму с минимальной температурой - 34°С. В результате выявлена достоверная прямая корреляция длительности существования лептоспир в почве с показателями ее влажности и кислотности. Некоторыми авторами отмечена связь между свойствами почвы и уровнем ее спонтанной зараженности легпоспирами. Так затененность почвы растительным покровом благоприятствует существованию в ней лептоспир.

Не выявлено зависимости между длительностью выживания лептоспир в почве и исходной их концентрацией при внесении.

Возможность длительного существования лептоспир в почве подтверждается другими полевыми исследованиями в данном очаге. Периодическая микроскопия случайных (взятых наугад) образцов почвы и сочетании их с их биопробой на хомяках выявила наличие патогенных лептоспир в 12% образцов. Исследования проводились в период глубокой депрессии численности носителей инфекции - полевок-экономок. Результаты показали возможность постоянного (неопределенно длительного) обитания лептоспир в почве природного очага, даже при отсутствии хозяев, а также резервации возбудителя в почве на протяжении межэпизоотических сезонов.

Таким образом, полевые исследования дали основание отнести главную роль в сохранении лептоспир в природном очаге их экологии во внешней среде.

Применение радиоизотопной маркировки всех полевок - носителей лептоспир на опытном участке открыло возможность точной количественной оценки распределения на территории «зараженных точек» - конкретных мест естественного пребывания лептоспир, выведенных в почву с мочой маркированных хозяев, и, следовательно, анализа пространственной структуры внеорганизменной части популяции возбудителя.

Анализ, проведенный методом плоских связных графов, установил неравномерное (пятнистое) распределение точек с лептосиирами в почве, причем отдельные очажки, пространственно отграниченные, включали разнос число «зараженных точек».

Число зараженных точек территории растет нелинейно с увеличением числа маркированных носителей и потому ограничено. К примеру, при одновременном радиоизотопном мечении 14 носителей лептоспир на площади 1 га за 5 суток зарегистрированы 93 зараженные точки, а семь носителей за 8 суток создали на той же площади 113 зараженных точек. При раздельном мечении такого же числа полевок (на разных участках) суммарное число точек было в несколько раз выше, а число точек, создаваемых одним зверьком, уменьшалось изо дня в день. Все это объясняется регулярными посещениями зверьками одних и тех же точек и добавлением мочи в некоторые из них, общие для разных носителей. Поэтому увеличение числа носителей приводит не столько к росту числа зараженных точек на данной территории, сколько к возрастанию потенциала (заражающей способности) отдельных точек.

Другие модельные эксперименты позволили количественно оценить уровень контактов с зараженными точками как самих носителей, что приводит к регулярному добавлению возбудителя в эти точки, так и здоровых зверьков, что вызывает их заражение. С помощью разных приемов можно оценивать любые варианты контактов на опытном участке: контакты всех особей с отдельными зараженными точками, отдельного зверька со всеми зараженными точками и всех грызунов со всеми зараженными точками. Эти эксперименты выявили высокий уровень контактов полевок- экономок с зараженными точками территории. Например, на одной опытный площадке вероятность контактов всех населявших ее полевок с одной зараженной точкой за сутки составляла 0,82, в том числе полевок- лептоспироносителей - 0,32 и здоровых зверьков - 0,50. Вероятность контактов с зараженной точкой одного носителя лсптоспир за сутки была равна 0,02, а здорового зверька - 0,014.

Вполне очевидно, что цифровые показатели числа и распределения зараженных точек, а также их посещений инфицированными и здоровыми зверьками, полученные в ходе модельных экспериментов, могут служить исходными данными при создании математических моделей циркуляции возбудителя в природном очаге инфекции.

После того, как была выяснена дискретность внеорганизменной части популяции лептоспир, которая представлена совокупностью зараженных точек территории, встала задача изучить события, происходящие в отдельной такой точке: число выведенных в нее лептоспир, динамику их распределения и численности в почве, заражающую способность почвы. Этому был посвящен следующий цикл полевых экспериментов. Установлено, что около 70 % объема и отдельных порций мочи спонтанно зараженных полевок содержали возбудителя, причем среднее число лептоспир в одной порции мочи составило около 2 млн. Внесение мочи полевок с такой концентрацией лептоспир на поверхность почвы и последующая микроскопия послойных и радиальных срезов почвы показали, что 97 % лептоспир обнаруживались на глубине 1 см в радиусе 1 - 2 см от места внесения. В сопоставлении с данными о проникновении радиоактивной (32р) мочи полевок (чаще всего на глубину 1 см) это свидетельствует о пассивном распределении лептоспир, в основном обусловленном растеканием мочи. Через 6-12 часов концентрация лептоспир в почве снижалась примерно в миллион раз, достигая уровня «фона» интактной почвы (33 + 11 микробных тел на 1 мл надосадочной жидкости), и уже не поддавалась достоверной оценке прямой микроскопией. Вместе с тем полного отмирания лептоспир не происходило: в течение 10 суток (срок наблюдения) они обнаруживались в почве биопробой на золотистых хомяках.

Подсадка здоровых полевок на зараженные точки в разные сроки после их создания показала, что вероятность заражения зверьков быстро

уменьшалась, так что через 3 суток все точки утрачивали заражающую способность, несмотря на наличие в почве патогенных лептоспир. Срок регулярного заражения полевок на точках соответствовал продолжительности сохранения высокой концентрации лептоспир в почве точек. Это привело к заключению, что заражающая способность почвы определяется достаточной концентрацией лептоспир, а не просто их наличием. Следовательно, высокая заражающая способность почвы должна обеспечиваться поддержанием в зараженных точках высокой концентрации лептоспир.

Действительно, опыты с радиоизотопной маркировкой полевок - носителей лептоспир, доказали регулярное добавление возбудителя в общие зараженные точки, а подсадка на них здоровых зверьков выявила поддержание или регулярное возобновление заражающей способности почвы. Надо заметить, что даже при условии ежедневного добавления лептоспир в зараженные точки полевки заражаются при естественных передвижениях (а не при подсадке) лишь после многократных (140 - 180) контактов с точками, поскольку такие контакты обычно кратковременны. Посещая за сутки несколько зараженных точек, зверьки могут «набрать» указанное число контактов за 1 - 2 месяца.

Быстрое падение численности лептоспир после попадания в почву, с одной стороны, и неопределенно длительное обнаружение в ней патогенных лептоспир, с другой, позволило предположить, что дело не в гибели всех выведенных в почву лептоспир, а в избирательной их элиминации из исходно-гетерогенной гостальной части популяции возбудителя. По- видимому, наиболее многочисленная часть выводящихся из организма лептоспир быстро отмирает после попадания в почву, что и вызывает наблюдаемое в опытах резкое падение их концентраций в первые сутки.

Другая, несравненно меньшая по численности часть представлена леп- тоспирами, переходящими к сапрофитическому существованию в почве. Это они регулярно обнаруживаются здесь как через несколько суток, так и через несколько месяцев после попадания в почву. Они же регистрируются и в случайных (взятых наугад) образцах почв природного очага. Несмотря на низкую численность, именно данная часть популяции обеспечивает, вероятно, сохранение лептоспир в природном очаге даже при отсутствии активной циркуляции.

Ничтожно малое число лептоспир из внеорганизменной части популяции внедряется в здоровых животных, обеспечивая тем самым процесс циркуляции возбудителя и пополняя гостальную часть его.

Таким образом, почва как среда обитания лептоспир выполняет важную селективную функцию при обоих способах существования популяции возбудителя - циркуляции и резервации.

Столь подробное изложение экологии патогенных лептоспир в сапро- фигической форме существования и при смене сред обитания оправдывается, на наш взгляд, 3 моментами. Во-первых, данный цикл исследований был выполнен в естественных условиях природного очага инфекции, так что результаты в максимальной степени адекватны природным процессам. Во-вторых, полевые эксперименты как прямые, так и модельные позволили впервые дать точные количественные оценки важнейших для существования возбудителя процессов, вполне пригодные для формализации. В-третьих, намеченные цели и пути их реализации, а также разработанные общие подходы и комплекс методических приемов, адаптированных к возможностям полевых экспериментов, применимы отнюдь не только к лептоспирозам. Они могут быть полезными при популяционноэкологическом анализе широкого круга инфекций, возбудители которых способны к сапрофитическому существованию.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >