Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ANTIGENIC STRUCTURE OF SALMONELLAS

Chugunova E.O. 1 Tatarnikova N.A. 1 Maul O.G. 1
1 FGBOU VPO «Permskaya state agricultural academy»
Антигенная структура сальмонелл состоит из трех основных антигенов: О – соматический (термостабильный), Н – жгутиковый (термолабильный) и К – поверхностный (капсульный). Соматический (О-антиген) расположен на поверхности клетки и состоит из фосфолипидно-полисахаридных комплексов, включающих до 60 % полисахаридов, 20–30 % липидов и 3,5–4,5 % – гексозамина. В липополисахаридном комплексе выделяют три компонента: 1 – полисахаридная часть (О-специфические цепи); 2 – ядро, образованное цепочками гексоз, и 3 – липид А. Жгутиковый (Н-антиген) имеет две фазы, при этом первая фаза обозначается строчными буквами латинского алфавита, вторая фаза – арабскими цифрами или латинскими буквами. Н-антиген сальмонелл, белковый по химической структуре, определяет типовую специфичность многих энтеробактерий, и его использу­ют для идентификации штаммов. К-антигены (капсульные) объединяют ряд различных антигенов: Vi-антиген, или «антиген вирулентности», имеет белково-полисахаридный химический состав; антигены 5 и 27 (у сальмонелл группы В), также отличаю­щиеся по физико-химическим свойствам от О- и Vi-антигеиов; М-антиген (слизистый антиген) – кислый полисахарид, не растворим в воде, разрушается под воздейст­вием кислоты и этанола и обладает слабыми антигенными свойствами.
The antigenic structure of salmonellas consists of three main anti-genes: O – somatic (thermostable), H –flagellar (thermolabile) and K – superficial (capsular). Somatic (O – antigen) is located on a surface of salmonellas and consists of the complexes including 60 % of polysaccharides, 20–30 % of lipids and 3,5–4,5 % of hexosamines. The lipopolysaccharide complex is be made of three components: first part is polysaccharide (O-specific chains), second part is a nucleus formed by chains of hexoses and third ones is a lipid A. Flagellar (H – antigen) has two phases, thus the first phase is designated by lower case letters of the Latin alphabet, the second phase – the Arab figures or Latin letters. The chemical structure of the H-antigen salmonellas is protein. It is use for identification of strains. K – antigens (capsular) are unite a number of various antigens: Vi-antigen or a antigen of virulence, antigen № 5 and 27, M-antigen. Vi-antigen is consist of protein and of polysaccharide. Antigens № 5 and 27 (at salmonellas of groups B) are differ from O – antigen and Vi-antigen on physical and chemical properties. M-antigen (a mucous antigen) is acid polysaccharide. Ones is water-insoluble, acidity and spirit can be destroy it.
salmonellas
antigen
lipids
lipopolysaccharides
polysaccharides
proteins
1. Boilogicheskie i mikrobiologicheskie factory. Laboratornaya diagnostika salmonellesev, obnaruzhenie salmonell v produktakh pitaniya i obektakh okruzhayuschey sredy [Biological and microbiological factors. Laboratory diagnosis of salmonelloses, detection of salmonellas in foodstuff and objects of environment. Methodical instructions. MU 4.2.2723-10. 4.2.] [electronic resource]. URL: http://www .garant.ru/products/ipo/prime/doc/4091056.
2. Blyuger A.F., Novitsky I.N., Terebkova Z.F. Salmonellez [Salmonellosis]– Riga: «Knowledge».1975. pр. 330.
3. Zaynullin L.I. Elektrofosforeticheskiye i antigennie svoistva polipeptidov salmonell i identifikatsiya ikh genomov PTsR [Elektrofosforetic and antigen properties of polypeptides of salmonellas and identification of their genomes by PCR], Kazan, 2003, pр. 157.
4. Rusaleev V., Potekhin And., Borodino O. Salmonellez svinei i mery borby s nim [Salmonellosis of pigs and measure of fight against it] J. Pig-breeding, 2008, no.1, pp. 25–27.
5. Pokrovsky V. I., Kilesso V.A., Yushchuk N. D. Salmonellozy (etiologiya, epidemiologiya, klinika, profilaktika) [Salmonellas: (Etiology, epidemiology, clinic, prevention)] Таshkhent Medicine, 1989, p. 344.
6. Sviridenko G. M. Osnovnoi kriterii bezopasnosti moloka – zdorove zhivitnikh (salmonellezy) [The main criterion of safety of milk – health of animals (salmonellosis)] The Dairy industry, 2009, no.2, pp. 44–46.
7. Stepanova L.K., Belaya Yu.A., Gekker, V.D. Poverkhostnie K-antigeni salmonell i ikh biologicheskoe znachenie [Superficial K-antigen of salmonellas and their biological value] Topical issues of epidemiology and infectious diseases (Salmonellosises) / Publishing house of the Saratov university, 1976, рр. 185.
8. Schur I.V. Zabolevaniya salmonelleznoi etiologii [Salmonellosis diseases] Moscow, Medicine, 1970, рр. 304.
9. Arricau N., Hermant D., Waxin H., Ecobichon C., Duffey P., Popoff M. Mol Microbiol., 1998, no. 29, pp. 835–850.
10. Haneda T., Ishii Y., Danbara H., Okada N. FEMS Microbiol Lett., 2009, no. 297, pp. 241–249.
11. Kessel R.W.J., Freedman H.H., Braun W. J. Bact., 1966, no. 92–3, pp. 592–596.
12. Liu S., Sanderson K. P Natl Acad Sci USA, 1996, no. 93, pp. 10303–10308.
13. Liu S.-L., Sanderson K.E. P Natl Acad Sci USA, 1995, no. 92, pp. 1018–1022.
14. Luderitz O., Galanos C., Lehmann V. J. infect. Dis., 1973, no. 128, pp. 17–29.
15. Luderitz O., Galanos C., Rietschell E. T. Pharmacol. Ther., 1981, no. 15, pp. 383–402.
16. Nataro J.P. Murray P.R., e.a., eds. Manual of Clinical Micribiology. 9-th ed. Washington DC: ASM Press, 2007, pp. 670–87.
17. Raffatellu M., Chessa D., Wilson R., Dusold R., Rubino S., Bäumler A. Infect Immun., 2005, no.73, pp. 3367–3374.
18. Sharma A., Qadri A. P Natl Acad Sci USA, 2004, no.101, pp. 17492–17497.
19. Wilson R.P., Raffatellu M., Chessa D., Winter S.E., Tukel C., Baumler A.J. Cell Microbiol., 2008, no.10, pp. 876–890.
20. Winter S.E., Raffatellu M., Wilson R.P., Russmann H., Baumler A.J. Cell Microbiol., 2008, no.10, pp. 247–261.
21. Zhao L., Ezak T., Li Z.Y., Kawamura Y., Hirose K., Watanabe H. Microbiol Immunol., 2001, no.45, pp. 149–158.

Сальмонеллы каждого подвида разделяются на серологические варианты, или «биологический паспорт» возбудителя, в котором отражена его антигенная структура, состоящая из трех основных антигенов: О – соматический (термостабильный), Н – жгутиковый (термолабильный) и К – поверхностный (капсульный) [4, 6, 16].

Соматический (О-антиген) (от нем. Ohne Hauch – не образующие налета на агаре), обозначается арабскими цифрами, он расположен на поверхности клетки и состоит из фосфолипидно-полисахаридных комплексов, включающих до 60 % полисахаридов, 20–30 % липидов и 3,5–4,5 % – гексозамина, термостабилен, выдерживает кипячение в течение 2,5 часов и незначительно разрушается автоклавированием при 120°С в течение 30 мин, не разрушается спиртом, денатурируется формалином. Липополисахарид сальмонелл изучен наиболее детально, и его обычно принимают за стандарт, с которым сравнивают ЛПС других бактерий. В липополисахаридном комплексе выделяют три компонента: полисахаридная часть (О-специфические цепи), ядро – образовано цепочками гексоз и липид А, при этом важнейшим антигенным компонентом является полисахаридная часть. Липополисахариды являются носителями О-эндотоксинных свойств, обнаруживая высокую токсичность [3, 14, 15]. Средняя летальная доза его при парентеральном введении мышам, крысам, морским свинкам составляет 0,5–10 мг/кг. Химический анализ показывает, что липополисахариды состоят из фосфорополисахаридного компонента, связанного с фосфоролипоидным компонентом. Полисахаридный компонент содержит определенные углеводы, среди которых превалируют гексозамины и гексозы, часто содержатся метилпентозы (рамноза), иногда дезоксиметилпентозы. Углеводный состав полисахаридов у различных видов сальмонелл различен, обусловливая высокую специфичность получаемых токсических фракций. Последние осаждаются специфической сывороткой в чрезвычайно высоких разведениях (1:1 000 000–1:10 000 000). При этом речь идет не о групповой специфичности, а о специфичности для каждого вида бактерий в соответствии со специфичностью полисахаридной части, так как полисахарид, освобожденный от других веществ, осаждается специфической сывороткой в высоких разведениях [8].

Состав основной полисахаридной последовательности (О-специфические цепи) у Salmonella весьма стабилен, но такие модификаторы, как ацетильные группы, остатки сахаров, образующие ветви, присутствуя не у всех молекул полисахарида, определяют микрогетерогенность ЛПС даже у одной бактериальной клетки. Число олигосахаридных последовательностей в разных молекулах ЛПС может значительно варьировать. Так, у S. typhimurium некоторые цепи состоят из 30–35 повторов, тогда как некоторые молекулы ЛПС совсем лишены О-цепей. О-антигенные цепи выступают над поверхностью внешней мембраны бактериальной клетки, образуя ворсинки до 150 нм длиной.

Основная специфичность О-антигена в серологических реакциях обусловлена присутствием на концах полисахаридных цепочек, формирующих отдельные антигенные факторы, определенных полиозидов (дидезоксигексоз).

Иммунный комплекс О12-антигена обусловлен присутствием двух латеральных цепей, на концах которых находится в одном случае рамноза, в другом – глюкоза.

Синтез ядра ЛПС происходит независимо от синтеза О-специфических цепей. При синтезе ядра мембранным носителем выступает липид А, который затем остается в составе ЛПС. Липид А, входящий в состав полноценных, не мутантных, молекул ЛПС, не обладает антигенностью. Однако, в реакциях с R-мутантами или при использовании очищенных препаратов липида А антитела к нему образуются.

Позднее описан еще один соматический антиген, названный Т-антигеном (от слова transient). Первый Т-антиген (T1) был обнаружен у S. paratyphi B и S. typhimutium, второй Т-антиген (Т2) – у S. bareilly [3].

Таким образом, антигенное разнообразие, обусловленное различиями структуры О-цепей, дает бактериям определенные селективные признаки.

Жгутиковый (Н-антиген) имеет две фазы, при этом первая фаза обозначается строчными буквами латинского алфавита, вторая фаза – арабскими цифрами или латинскими буквами. Например, II – O 1, 6, 14 H, e, n, x, z . Это значит, что штамм с такой антигенной характеристикой относится к виду enterica subsp. Salamae [1]. Н-антиген сальмонелл, белковый по химической структуре, термолабильный (75–100 °С), разрушается фенолом и спиртом, но устойчив по отношению к формалину. Н-антиген определяет, как известно, типовую специфичность многих энтеробактерий, и его используют для идентификации штаммов [3].

Помимо указанных антигенов у сальмонелл известны и другие антигены. К их числу относятся К-антигены (капсульные), объединяющие ряд различных антигенов:

1. Vi-антиген или «антиген вирулентности», названный так A. Felix и R. Pitt (1934), впервые его открывшими у S. typhi [12, 13]. Является соматическим антигеном, расположенным более поверхностно, чем О-антиген (в микрокапсуле), и отличает от него термолабильностью и некоторыми другими свойствами. Vi-антиген имеет белково-полисахаридный химический состав (содержит 60–65 % белка, 25–30 % углеводов). Изолированный Vi-антиген термостабилен, не разрушается даже при многочасовом гидролизе при 100 °С в 1 Моль/л уксусной кислоте. Представляет собой полимер N-ацетилированной аминогексуроновой кислоты, обладает выраженной иммуногенностью и протективными свойствами. Присутствие его на поверхности бактериальных клеток препятствует их агглютинации специфическими О-сыворотками, т.е. делает бактерии «О-инагглютинабельными», в связи с чем находит применение в качестве «диагностикума» в различных иммунологических реакциях. Не служит прямым носителем вирулентности микробов и может быть обнаружен не только у S. typhi, но и у S. paratyphi C и S. dublin, а также у некоторых других бактерий семейства кишечных (Escherihia, Citrobacter) [9, 10, 17, 18, 19, 20, 21].

2. Антигены 5 и 27 (у сальмонелл группы В) также отличают по физико-химическим свойствам от О- и Vi-антигеиов.

3. М-антиген (слизистый антиген), обнаруженный F. Kauffmann у слизистых штаммов S. paratyphi В, S. choleraesuis, S. anatum, S. dublin и др. [Цит. по Е.С. Станиславскому, 1971], по-видимому, идентичный для всех типов сальмонелл. М-антиген – кислый полисахарид, он не растворим в воде, разрушается под воздействием кислоты и этанола и обладает слабыми антигенными свойствами.

По химической природе К-антигены представляют собой фосфолирированные белково-липо-полисахаридные комплексы и отличаются от О-антигенов качественным составом сахаров и структурным построением полисахарида. К-антигены характеризуются анодной электрофоретической подвижностью, обладают выраженными антигенными свойствами [7]. Подобно жгутиковым антигенам, капсульные антигены сальмонелл не токсичны [2, 3, 5].

Из вышесказанного следует, что антигенная структура сальмонелл имеет мозаичное строение и определяется наличием вариаций антигенных детерминант, которые приводят к некоторым закономерным изменениям антигенного состава штаммов [3].

По Кауфману (1959) различаются следующие 4 вида антигенных вариаций:

1. Н–О-вариации, характеризующиеся переходом из жгутиковой НО-формы в безжгутиковую О-форму и сопровождающиеся потерей Н-антигена. Данный переход встречается редко, и он почти всегда необратим.

2. S–R-вариации, сущность которых заключается в переходе от гладкой формы к шероховатой, результатом чего является потеря видоспецифических компонентов О-антигена (и приобретение способности агглютинироваться неспецифическими сыворотками – «серологический космополитизм».

3. Вариации формы:

а) О-вариации, представляющие собой количественные изменения О-антигена;

б) V–W-вариации, касающиеся исключительно Vi-антигена;

в) М–N-вариации, представляющие собой превращение слизистой (М) формы в нормальную (N) форму.

4. Вариации фазы, являющиеся определенными качественными изменениями жгутиковых антигенов.

Некоторые представители сальмонелл (S. gallinarum – pullorum) существуют только в О – форме. У некоторых серотипов сальмонелл (S. choieraesuis, S. typhimurium и др.) наряду с другими бактериями кишечной группы обнаруживается энтеробактериальный «общий антиген» Кунина. Вообще, «общий антиген» привлекает особое внимание исследователей из-за наличия в его составе антигенных детерминант, близких по строению к детерминантам мембран эпителиальных клеток толстой кишки и перекрестно реагирующих с ними в иммунологических реакциях [2, 3].

Рецензенты:

Домацкий В.Н., д.б.н., профессор, зав. кафедрой инфекционных и инвазионных болезней, ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень;

Петрова О.Г., д.в.н., профессор кафедры инфекционной и незаразной патологии, ФГБОУ ВПО «Уральский аграрный университет», г. Екатеринбург.

Работа поступила в редакцию 18.11.2014