OPPORTUNISTIC FUNGI AS CONTAMINANTS OF HUMAN ENVIRONMENT AND THEIR POTENTIAL PATHOGENICITY

Full Text

Оппортунистические грибы (сапробионы-сапро-фиты - потенциальные патогены, которые при определенных условиях могут вызывать заболевания) повсеместно распространены в природе - в почве, атмосфере, водоемах, среде обитания человека и др. Этому способствуют биологические особенности грибов - гифальная форма роста, обеспечивающая широкий контакт со средой, активный метаболизм, высокий уровень адаптации к условиям среды, спо собность к сапрофитному и паразитическому образу жизни [14]. Стремительное распространение оппортунистических грибов в среде обитания человека представляет глобальную проблему в связи с их негативным действием на человека. Выделяют три основных типа поражения человека грибами: отравления (микотоксикоз), микогенная аллергия, инфекция (микозы) [6]. По данным некоторых авторов, количество ми 4 Ekologiya cheloveka (Human Ecology) 2021, 3, pp. 4-14 Reviews козов, вызываемых оппортунистическими грибами, ежегодно увеличивается на 5-10 % и удваивается каждые 10 лет [3]. Потенциальная патогенность грибов обуславливается их свойствами адаптационного характера, позволяющими им противостоять защитным механизмам организма и осуществлять инвазию. К ним относятся экстрацеллюлярная секреция гидролитических ферментов (фосфолипаз, протеаз), оксидоредуктаз, капсуляция и пигментация клеток. В помещениях различного назначения чаще других встречаются грибы родов Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Mucor, Scopulariopsis, Cladosporium, Alternaria, Stachybotrys и др. [4, 6], многие из которых обладают аллергенными и/или патогенными свойствами. В отсыревших помещениях грибы-контаминанты могут быть обнаружены в запредельных концентрациях - нескольких десятков тысяч на 1 см2, или в 1 м3, в то время как по норме Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) они не должны превышать 500 колониеобразующих единиц (КОЕ/м3) [97]. Процесс распространения грибов в помещениях тесно связан с процессами микоповреждений различных материалов, постоянно происходящими во всех сферах человеческой деятельности, при этом значительная часть - до 60 % видов грибов, вызывающих биоповреждения, являются возбудителями грибковых заболеваний [6]. Опасность контаминации среды обитания человека грибами усугубляется широким и длительным использованием антифунгальных веществ, под действием которых могут изменяться их физиоло-го-биохимические свойства и уровень образования факторов патогенности [13, 69]. В целом вопрос о влиянии синтетических и природных фунгицидов на патогенные свойства оппортунистических грибов остается малоизученным. Распространение грибов в среде обитания человека. Оппортунистические грибы широко распространены в природе, главным образом в почве, воздухе и воде. Этому способствует их полибиотрофность и высокая степень адаптации к условиям среды, в том числе и экстремальным [14]. В последние десятилетия значительное внимание уделяется вопросу распространения потенциально патогенных грибов в среде обитания человека, так как значительное число представителей их видов являются возбудителями грибковых заболеваний [6, 80]. В исследованиях, проведенных в городах многих стран, отмечено значительное таксономическое разнообразие обитающих в них микромицетов, региональная специфика антропогенных микоценозов как на родовом, так и на видовом уровне. Показано, что количество домов, контаминированных грибами, варьирует от 20 до 50 % в зависимости от страны, где проводились наблюдения. В жилых помещениях идентифицированы до 37 и более таксонов, при этом практически во всех указанных исследованиях к наиболее распространенным отнесены грибы родов Aspergillus, Penicillium, Cladosporium, Alternaria, Ulacladium, Chaetomium, Stachybotris [4, 6, 19]. Наблюдалась лишь некоторая вариабельность в качественно-количественном соотношении этих грибов в зависимости от климатических и других условий тех городов, где проводились эти исследования. Большое разнообразие микромицетов выявлено в воздухе служебных помещений. Кроме представителей родов Aspergillus и Penicillium отмечены Acremonium charticola, Alternaria tenuissima, Aphanocladium album, Chaetomium globosum, Trichoderma viride, Chrysosporium merdarium, Chrysonilia sitophila, Mortierella isabellina, Stachybotrys chartarum [58, 92]. Всемирной организацией здравоохранения еще в 1982 году был принят термин «синдром больного здания» (sick building syndrome). По мнению многих исследователей, влажность вносит существенный вклад в развитие «синдрома больного здания». Влажная среда способствует увеличению контаминации помещений грибами и, как следствие, росту респираторных заболеваний у человека [15, 22, 49, 86]. Эта проблема тесно связана с процессами микоповреждений. Известно более 500 видов возбудителей деструкции, и их число будет постоянно возрастать в связи с использованием новых материалов, создаваемых человеком, возникновением агрессивных рас и видов грибов [6]. Чаще других встречаются грибы отделов Ascomycota, Zygomycota, Basidiomycota. Несовершенные аскомицетовые грибы (Deuteromycota) - самая многочисленная группа, включающая грибы родов Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Mucor, Scopulariopsis и др. Плесневые (мицелиальные) виды несовершенных грибов являются основными возбудителями микологических повреждений в различных сферах человеческой деятельности [4, 6]. Объектами воздействия грибов могут быть самые разнообразные по химическому составу и свойствам материалы - камень, бетон, гипс, древесина и изделия из нее, металл, стекло, бумага, пергамент, краски, кожа, шерсть, нефть и нефтепродукты, силикаты, пластмассы, резина и многое другое [29, 36]. Такие свойства грибов свидетельствуют о сложности деструктивных процессов, о мультифункциональности грибов и делают невозможным получение биостойких материалов на длительное время, равно как и унифицированных средств защиты. Состав микромицетов на пораженных грибами материалах определяется в первую очередь их химической структурой. Так, на целлюлозосодержащих материалах в основном представлены продуценты целлюлолитических ферментов, на углеводородах, маслах и их производных - продуценты липаз и оксидоредуктаз и т. д. [58]. Реакция грибов на любой материал, вещество, созданное человеком, оказывается такой же, какой она бывает на близкий по свойствам природный объект. Из этого следует, что в основе процессов биоразрушения и биоповреждения лежат процессы, протекающие в природе, и эта проблема 5 Обзоры Экология человека 2021, № 3, с. 4-14 как в теоретическом, так и в практическом аспекте относится к общебиологической и является одним из разделов комплексной экологической проблемы. В жилых помещениях особенно легко подвергаются микоповреждениям штукатурки стен, обои, древесина, изоляция трубопроводов, пластики, клеи, керамические материалы и другое, при этом ряд грибов ассоциирован с типом поражаемого материала. Контаминация грибами любого здания, особенно если учесть более раннюю контаминацию строительных материалов, начинается после его возведения. Микоповреждения начинаются сразу при достижении активности воды (aw) 0.7. Значительное количество грибов - Penicillium chrysogenum, P. brevicompactum, P. communs, P. palitans, Aspergillus versicolor, A. fumigatus, A. niger, A. ustis, A. sydowii, Paecilomyces variotii, Wallemia sebi интенсивно растут при aw меньше 0.8. В составе грибов, для роста которых необходима активность воды больше 0.9 в жилых помещениях, определены такие как Chaetomium globosum, Memnoniella echinata, Stachybotrys chartarum, Trichoderma viride, T. citriniviride, T. harizianum, T. longibranchiatum [39]. На формирование таких антропогенных микроценозов со специфической структурой организации, отличной от природной, влияют многие физикохимические факторы (влажность, температура, тип повреждаемого материала), экологические и климатические условия. Однако во всех случаях доминирующими компонентами комплекса являются грибы родов Aspergillus и Penicillium. В отсыревших помещениях обнаружены грибы - контаминанты в запредельных концентрациях - нескольких десятков тысяч на 1 см2, или в 1 м3 воздуха, превышающих норму ВОЗ (500 КОЕ/м3), что является риском для здоровья человека. Основные факторы патогенности оппортунистических грибов. Многие грибы являются патогенами растений и практически всех живых организмов, не исключая и человека. Грибковые инфекции представляют повышенную опасность и важнейшую медицинскую проблему во всем мире. Выделяют две группы грибов, вызывающих микозы, - патогенные и оппортунистические патогены. Первые вызывают заболевания у людей с нормальной иммунной системой; оппортунистические действуют преимущественно на пациентов с ослабленным иммунитетом. В целом большинство микозов вызвано оппортунистическими грибами [6]. Оппортунистические грибы способны использовать организм как среду обитания, из чего следует, что диапазон их экологической толерантности включает в себя и условия существования в паразитической форме [9]. Деятельность человека создает рукотворные местообитания и новые экологические ниши для возбудителей, обеспечивая тем самым высокую их концентрацию в непосредственном своем окружении и риск заражения. Известно, что большинство грибов, вызывающих микоповреждения, являются возбудителями заболеваний человека. Так, около 80 % грибов, выделенных из книгохранилищ, относится к патогенным и условно-патогенным видам, до 67 % могут проявлять аллергенные свойства, 92 % синтезировать токсины [7]. О потенциальной патогенности грибов, не являющихся специализированными паразитами человека и животных, свидетельствует и тот факт, что у патогенных и условно-патогенных микроорганизмов универсальны и группы факторов патогенности - капсулы, капсульные структуры, пигменты, токсины, ферменты, факторы инвазии и др. Многие исследователи пришли к выводу о большой общности у них адаптационных биохимических механизмов, об отсутствии резкой границы между облигатными и факультативными паразитами. Переход от паразитического существования к сапрофитическо-му и обратно требует физиологической перестройки, которая у сапрофитов и паразитов происходит на уровне как отдельной клетки, так и популяции [1]. По мнению многих авторов, сапронозы можно рассматривать как «болезни цивилизации», эпидемиологическое проявление этих инфекций связано с урбоценозами - объектами непосредственного окружения человека [11]. В год в мире регистрируется до 500 случаев оппортунистических микозов на 1 млн жителей, и это при том, что не во всех странах они регистрируются. Это различные формы аспергиллеза, кандидоза, криптококкоз, зигомикоз и др. Конидии грибов могут попадать в органы дыхания и вызывать заболевания или сенсибилизацию с последующим развитием аллергии [60, 98]. Особую опасность представляют грибы рода Aspergillus: A. niger, A. flavus, A. glaucus, A. nidulans, A. fumigatus, A. terreus [60, 83]. У людей с иммунодефицитом и инфицированных A. flavus смертность достигает 50 % [89]. По мнению многих авторов, A. fumigatus как возбудитель грибковых заболеваний лидирует во всем мире, и прежде всего у иммуноде-прессивных пациентов - пациентов с трансплантацией костного мозга, онкологических больных [40]. Даже при использовании соответствующих лекарств смертность достигает 26-65 % (в зависимости от уровня иммуносупрессии) [44]. Повышенную опасность представляют грибы-возбудители глубоких микозов, к которым относятся, прежде всего, виды рода Aspergillus (A. fumigatus, A. niger, A. flavus), Fusarium (F. moniliforme, F. oxysporum), Paecilomyces variotti, Alternaria alternata, составляющие значительную часть от общего количества грибов городских почв [10]. Положение существенно осложнилось, когда в медицинскую практику были внедрены антибактериальные антибиотики, а затем сильнодействующие гормональные, антицитокиновые препараты, противораковые средства и др. Применение данных лекарственных средств приводит к снижению иммунной реактивности организма и является признанным фактором риска развития оппортунистических инфек 6 Ekologiya cheloveka (Human Ecology) 2021, 3, pp. 4-14 Reviews ций, в том числе грибковых. В результате снижения иммунитета на фоне применения таких препаратов смертность от инвазивного аспергиллеза легких достигает 80 % [2]. Значительный интерес представляет исследование, указывающее на то, что к разнообразным проблемам со здоровьем приводят ассоциации грибов, и особенно в сырых помещениях. При исследовании пациентов с множественными жалобами на здоровье, вызванными проживанием в сырых зданиях, контаминированных ассоциациями грибов, выявлено, что воздействие комплекса токсинопродуцирующих грибов приводит к множественным проблемам со здоровьем, затрагивающим центральную нервную систему, иммунную систему, нарушению легочных функций и аллергии. Воздействие ассоциации грибов также вызывает воспалительные процессы. Авторы предлагают термин «смешанный грибной микотоксикоз» для обозначения мультисистемного заболевания, наблюдаемого у таких пациентов [46]. Токсины (микотоксины) в низких концентрациях вызывают значительное число острых и хронических системных патологий у человека и животных. К настоящему времени известно более 400 микотоксинов, представляющих собой сложные органические вещества с молекулярной массой от 200 до 800 кДа [23]. Этим продуктам биосинтеза грибов посвящено много монографий, сотни обзоров и тысячи статей. По химической структуре различают афлаток-сины, трихотеценовые микотоксины, охратоксины, фумонизин, зеараленон и его производные, мони-лиформин, фузарохроманон, алкалоиды спорыньи, циклопиазоновую кислоту, патулин, цитринин и т. п. Синтезируются микотоксины главным образом несовершенными грибами родов Aspergillus, Fusarium, Penicillium, Stachybotrys, Alternaria, Cladosporium, Helmintosporium, Paecilomyces, Trichoderma и др. Однако не все виды указанных родов образуют токсины, некоторые из них лишены этого свойства и, напротив, другие (некоторые аспергиллы, фузарии, пенициллы) могут синтезировать несколько токсинов. Несмотря на то, что грибы способны к росту на многих природных и синтетических субстратах, токсины образуются преимущественно на определенных материалах, обеспечивающих этот процесс [16]. Многими исследователями подтверждено наличие микотоксинов в воздухе и в массе материалов помещений различного назначения - жилых, служебных, больничных и др. [27]. В организм человека они попадают, как и грибы, при вдыхании воздуха, содержащего споры грибов, гифальных фрагментов и контаминированной грибами пыли. В воздухе закрытых помещений выявлены многие токсины - канцерогенные афлатоксины и их предшественники, стеригматосцистин, имеющий иммуносуппресивное и канцерогенное свойство; фумонизины, охраток-сины (нефротоксины и канцерогены), зеараленон (эстроген), глиотоксин (иммунодепрессант), патулин (канцероген, невротоксин), цитринин (невротоксин) и др. [48]. Наиболее изученным токсигенным грибом является Stachybotrys chartarum - продуцент многих токсинов, в том числе макроциклических трихотеценов, роридина Е, сатратоксинов F, G и H, изосатратоксинов F, G и H, веррукаринов B и J и 4 немакроциклических вещества - триховерина A и B триховерролов A и B [16]. Значительная роль загрязнения воздуха помещений отведена грибам родов Aspergillus и Penicillium. Наиболее изученными токсинами, образуемыми видами Aspergillus и Penicillium, являются афлатоксины, охратоксины. Высокотоксичные охратоксины часто выявляются в продуктах питания, особенно в зерновых, кофе, сухофруктах, специях, вине и др. Данные о частом обнаружении их в моче, в крови и других тестируемых образцах свидетельствуют о регулярном поступлении их в организм человека [59]. Учитывая, что микотоксины относятся к экстремально токсичным веществам, контроль за их образованием и распространением в среде обитания человека представляется важным. Эта задача является междисциплинарной, требующей знаний в областях аналитической химии, токсикологии, физиологии и метаболизма грибов, экологии и др. Факторы грибов, воздействующие на человека, весьма разнообразны. Это белки, вызывающие аллергию, структурные элементы, включающие ß-1, 3 глюканы, которые могут вызывать воспалительные процессы, летучие органические вещества, образуемые в процессе роста грибов, токсины и другие вторичные метаболиты, содержащиеся в спорах и мицелии грибов [55, 62]. Патогенность микромицетов определяется комплексом свойств адаптивного характера, позволяющих противостоять защитным механизмам организма, осуществлять инвазию. К таким свойствам относят повышенную способность к адгезии, меланизацию клеток [8, 26, 78], капсулообразование, экстраклеточ-ную секрецию ферментов - аспарагиновых протеаз, фосфолипаз, оксидаз, [30, 84, 96], диморфизм [95] и др. Степень патогенности грибов определяется уровнем этих признаков. В патогенезе заболеваний существенную роль играет фенотипическая перестройка, особенно характерная для дрожжеподобных грибов. Так, клетки Candida albicans могут существовать в одноклеточной и гифальной формах (клеточный диморфизм). В одноклеточной форме дрожжи легко распространяются в окружающей среде и достигают человека. Предполагается, что обе формы необходимы дрожжам для проявления вирулентных свойств, так как мутанты, лишенные генов, ответственных за образование одной из форм, менее вирулентны, однако молекулярная основа явления диморфизма у дрожжей не вполне ясна [100]. Меланиновые пигменты. Меланиновые пигменты обнаружены у представителей всех царств живой природы - от бактерий до млекопитающих и состоят, главным образом, из различных типов фенольных и индофенольных мономеров. Меланины - обычно чер 7 Обзоры Экология человека 2021, № 3, с. 4-14 ные или темно-коричневые полимеры, молекулярная структура которых чрезвычайно многообразна, столь же многообразна и их функция [42, 63]. Пигменты могут выделяться в среду культивирования грибов или/и содержаться в мицелии, конидиях, что в значительной степени зависит от вида гриба, так же как и от типа меланина. Так, у Aspergillus niger и A. tubigensis меланин определен в биомассе и фильтрате культуральной жидкости, у A. tamari, A. flavus только в биомассе, а у A. terreus только в фильтрате среды культивирования, т. е. локализация меланинов у аспергилов варьирует от вида к виду [74]. Грибные меланины играют важнейшую роль в защите грибов от многих стрессовых воздействий окружающей среды - УФ-излучения, засухи, высоких концентраций солей, тяжелых металлов, радионуклидов, фунгицидов и др. [13, 38, 42]. Возрастание обилия и встречаемости темноокра-шенных и меланинсодержащих грибов регистрируется в урбанизированных условиях, в таких компонентах городской среды, как почва, снег, приземные слои воздуха, и может являться одним из индикаторов присутствия в среде загрязняющих веществ [10]. Особый интерес меланины вызывают как фактор патогенности для человека, животных, растений [37]. Связь вирулентости грибов с меланиногенезом особенно интенсивно изучалась с использованием клинических изолятов Cryptococcus neoformans, вызывающих опасные инфекции [72, 73]. Показано, что меланинобразующие штаммы C. neoformans более вирулентны, чем альбино-мутанты [72], при этом меланин синтезируется и в процессе инфекции [71]. Меланин препятствует фагоцитозу, нейтрализует активность антимикробных пептидов [34], активно связывается с антифунгальным антибиотиком ам-фотерицином В и каспофунгином [94]. Логично, что пигменты становятся целью терапии, изучается новый подход к борьбе с криптококковой инфекцией путем подавления продукции меланина [70]. Аналогичные исследования с мицелиальными грибами весьма ограничены, несмотря на то, что многие из них образуют пигменты, отличающиеся большим разнообразием структуры, свойств и функций. Меланины повышают вирулентность грибов путем снижения их чувствительности к защитным функциям организма, в том числе от гипохлорита, перекиси водорода - элементов иммунного ответа [54]. По мнению некоторых авторов, меланины - антиоксидантный фактор, по важности сравнимый с супероксиддисмутазой [42]. Отмечаются и другие возможные механизмы влияния меланинов на устойчивость грибов к защитным функциям организма - удержание гидролитических ферментов грибов в тесном контакте с клеточной оболочкой организма, изменение заряда клеточной поверхности грибов и тем самым ослабление фагоцитоза [54]. Отсутствие меланинов приводит к существенному снижению степени патогенности грибов. Так, беспиг-ментные штаммы Aspergillus fumigatus менее виру лентны, чем пигментированные, более легко и быстро связываются с комплементом организма, более чувствительны к антифунгальным препаратам. Последнее свойство некоторые авторы связывают со снижением прочности клеточных стенок из-за отсутствия пигментов и, как следствие, повышенной проницаемостью клеток [73]. Влияние пигментов на уровень патогенности грибов подтверждено и работами, выполненными с конидиями A. fumigatus, являющимися основным инфекционным агентом легочного аспергиллеза, вызываемого этими грибами. Показано, что малопигментированные конидии менее устойчивы к действию моноцитов и менее вирулентны для животных [50, 81]. Аналогичные результаты были получены при использовании другой культуры - Aspergillus nidulans [50]. В целом вопрос о роли меланинов как факторов патогенности оппортунистических мицелиальных грибов мало изучен, отсутствует информация по вопросу о том, являются ли факторами патогенности другие пигменты, образуемые в комплексе с меланинами или без них. Полисахариды грибов. Другим фактором патогенности грибов являются полисахариды (ПС). Полисахариды - полимеры, образующиеся в результате конденсации моносахаридов и являющиеся обязательным компонентом клеток всех живых организмов. Полисахариды чрезвычайно различны по мономерному составу и структуре. Особым разнообразием отличаются ПС микроорганизмов, имеющие в подавляющем большинстве уникальную структуру. В соответствии с локализацией ПС разделяют на две основные группы - внутри- и внеклеточные. К первой группе относят ПС цитоплазмы, мембран, клеточных стенок, ко второй - ПС капсул, свободной слизи, не прилегающей к клеточной стенке и выделяющейся в среду. Мономерный состав слизи и капсул в большинстве случаев одинаков. По функциям микробные ПС объединяют по группам: резервные, опорные, участвующие в активном транспорте, защитные и др. Основная, общебиологическая функция внеклеточных ПС - защитная. Они предохраняют микробные клетки от высушивания, от губительного действия УФ-лучей, различных химических агентов, лекарственных препаратов, фунгицидов и др. Защитная функция ПС подтверждается тем, что под действием неблагоприятных факторов среды различной природы их биосинтез усиливается [13]. Интерес к ПС в значительной степени обусловлен их свойством повышать вирулентность грибов [33]. Основным объектом исследования роли ПС в вирулентности грибов, как и в случае с пигментами, являются капсулированные патогенные дрожжи Cryptococcus neoformans, дрожжи рода Candida. Cryptococcus neoformans вызывает тяжелые системные инфекции, главным образом у иммунодефицитных пациентов [33]. В процессе инфекции у C. neoformans образуется толстая полисахаридная капсула, которая может подавлять миграцию лейкоцитов из кровяного русла к воспаленному участку [76]. Важную роль 8 Ekologiya cheloveka (Human Ecology) 2021, 3, pp. 4-14 Reviews внеклеточные ПС играют и в процессе адгезии грибов к клеткам макроорганизма. Так, ПС участвуют в соединении клеток C. albicans с клетками эпителия или эндотелиальными [90]. Kozel T. R. с соавторами показали, что бескапсульные изоляты быстро подвергались фагоцитозу нейтрофилами и макрофагами in vitro, в то время как капсульные резистентны к фагоцитозу [52]. Установлено, что развитие легочной инфекции, вызванной A. fumigatus, было обусловлено наличием в биопленке гриба галактозаминогалактана (ГАГ) [45]. ГАГ представляет собой частично де-ацетилированный гетерополимер а-1,4-связанной галактозы и N-ацетилгалактозамина, который обеспечивает адгезию и защиту от иммунной системы хозяина. ГАГ играет решающую роль в поддержании внеклеточного матрикса биопленок A. fumigatus. Штаммы с дефицитом продукции ГАГ не способны продуцировать внеклеточный матрикс и не способны образовывать биопленки на пластике или клетках-хозяевах in vitro. В результате штаммы с дефицитом ГАГ демонстрируют ослабленную вирулентность у мышей и беспозвоночных моделей инвазивного аспергиллеза [45, 57]. Образование биопленки грибами становится важным фактором патогенеза грибковых заболеваний человека и важным фактором при выборе терапевтических стратегий для этих заболеваний [90]. Ферменты (фосфолипазы, протеазы, ка-талаза). К числу факторов патогенности грибов отнесены и некоторые гидролитические ферменты. Для проникновения в ткань хозяина микробные клетки образуют конститутивные и индуцибельные гидролитические ферменты, которые повреждают клеточные мембраны или нарушают их функции, деструктируют клетки и молекулы иммунной системы макроорганизма. Так как основными компонентами цитоплазматической мембраны макроорганизма являются фосфолипиды и белки, особое внимание уделяется ферментам, гидролизующим эти соединения, - фос-фолипазам и протеазам. К тому же в многочисленных исследованиях показано, что более низкая экспрессия фосфолипаз и протеаз коррелирует с более низкой вирулентностью и наоборот, что подтверждает их роль как важнейших факторов патогенности [65, 82]. Фосфолипазы. Фосфолипазы - гетерогенная группа энзимов, часть которых может гидролизовать одну или более эфирных связей в глицерофосфоли-пидах - основных компонентах клеточных мембран. В зависимости от связи, на которую они действуют, их обозначают как фосфолипазы A, B, C, D [20, 43]. Фосфолипазы рассматриваются как важные факторы патогенности различных микроорганизмов - бактерий [53], дрожжей [95], мицелиальных грибов [5, 25]. Фосфолипазы выявлены у Candida albicans, C. glabrata, C. parapsilosis, C. tropicalis, C. krusei, C. lusitaniae, Cryptococcus neoformans [43, 91]. У C. albicans обнаружены четыре типа фосфолипаз - A, B, C, D [93, 100], из которых для вирулентности дрожжей особенно важна фосфолипаза В, обладающая активностью гидролазы и лизофосфолипазы - трансацетилазы [43]. При сравнительном исследовании фосфолипаз В, секретируемых патогенными и непатогенными дрожжами, показано, что по некоторым свойствам они различаются. Так, специфическая активность очищенных фосфолипаз В у патогенных Cryptococcus neoformans и Candida albicans в 10-200 раз выше, чем у непатогенных дрожжей Saccharomyces cerevisiae [56, 61], фосфолипазы патогенных дрожжей более легко деструктируют мембраны организма [35]. Высокая активность фосфолипаз у штаммов C. albicans коррелирует с их высокой вирулентностью как in vitro, так и in vivo (на мышах) и рассматривается как важнейший, универсальный фактор патогенности грибов [35, 43]. Свойство фосфолипаз повышать вирулентность дрожжей было продемонстрировано и в исследовании Ganendren R. с соавторами [41], проведенном с использованием ингибитора фосфолипаз - алек-сидина дигидрохлорида, под действием ингибитора грибная инфекция развивалась слабо. Активность этих ферментов значительно снижалась в присутствии антигрибковых антибиотиков - амфотерицина В, нистатина [18]. Аналогичные исследования выполнены и с мицели-альными оппортунистическими грибами [24, 25, 88]. Свойство образовывать внеклеточные фосфолипазы выявлено у A. fumigatus - наиболее распространенного среди возбудителей микозов инвазивного патогена человека, при этом активность ферментов возрастает с увеличением температуры роста культуры до 37 °С [25]. Значительно выраженная активность фосфолипаз наблюдалась у видов рода Aspergillus (A. niger, A. terreus, A. versicolor), Ulocladium chartarum, Trichoderma konigii, Cladosporium cladosporoides, Alternaria alternate, Penicillium spp. (P. funiculosum, P. ^rysogenum, P. simplicissimum), изолированных из музейных и библиотечных помещений Санкт-Петербурга [5, 7]. По мнению ряда исследователей, для снижения вирулентности грибов необходим поиск ингибиторов синтеза и секреции этих ферментов [7]. Протеазы. Важным фактором патогенности грибов рода Candida признаны секретируемые аспарагиновые протеиназы (Saps), способствующие инвазии в ткани хозяина путем гидролиза и разрушения поверхностных структур, в то числе клеточных мембран [79, 84]. В настоящее время известно около 10 различных Saps (Sap1 - Sap10), часть из которых представлена конститутивными ферментами, играющими роль в первоначальных этапах адгезии, другие - индуцируются при наличии внеклеточных белков, включая коллаген, ламинин, фибронектин, муцин, макроглобулин, почти все иммуноглобулины [8, 67, 68, 84]. 9 Обзоры Экология человека 2021, № 3, с. 4-14 Протеиназы Sap1, Sap2, Sap3 оказывают значительное действие на деструкцию тканей и инвазию в оральный эпителий, разрыв эпителия [67], Sap9 и Sap 10 играют роль в адгезии грибов [17]. Определение точных механизмов действия каждой Sap существенно затруднено различиями в заболеваниях, в характере их взаимодействия с иммунной системой макроорганизма и многим другим [32]. Следует отметить, что наибольшая вирулентность грибов коррелирует с активностью Sap2 [32, 68]. Показано, что некоторые формы орофарингеального кандидоза, вызываемого C. albicans у пациентов с синдромом приобретенного иммунодефицита, излечиваются значительно быстрее при комбинированной терапии с использованием ингибиторов ВИЧ - аспарагиновых протеиназ - ритонавира, саквинавира, индинавира [64]. Вопрос о протеазах как факторе патогенности мицелиальных оппортунистических грибов изучен в меньшей степени, чем у дрожжей, однако их роль в патогенезе человека не вызывает сомнений, что показано на примере Aspergillus fumigatus [31, 66]. Aspergillus fumigatus - обычный экологический агент - вездесущий аскомицет, споры которого в воздухе содержатся в высоких концентрациях - 1 - 100 конидий/м3, вызывает аспергиллезы у человека, в том числе и аспергиллез легких [31]. Изучение механизмов патогенности этого гриба показало, что важнейшая роль в возникновении заболеваний различных органов и тканей, содержащих эластин и коллаген, принадлежит протеолитическим ферментам - эластазам. Так как матрикс легких состоит преимущественно из эластана и коллагена, значение этих ферментов в возникновении аспергиллеза легких становится очевидным. Это положение подтверждено экспериментами, проведенными с иммунодефицитными мышами, которых подвергали воздействию спор двух видов A. fumigatus - образующих и не образующих эластазу. Через 48-96 ч погибли только мыши, инфицированные эластазообразующим видом, при этом в легких мышей обнаружены гифы гриба, некроз альвеол [51]. В работе [5], посвященной анализу активности протеиназ у мицелиальных грибов, изолированных из воздуха различных помещений, в том числе музейных, показано, что существенных значений она достигала у двух штаммов Aspergillus niger B-1 и Rm-602, Cladosporium cladosporoides M-1, Ulocladium chartarum X-1. При учете таких факторов, как наличие фосфолипазной и протеолитической активности, к числу наиболее опасных предположительно отнесены штаммы Aspergillus niger B-1 и Rm-602, Ulocladium chartarum X-1, Trichoderma konigii T-1, A. versicolor Rm-83. Средними по предполагаемой степени их потенциальной патогенности являются Cladosporium cladosporoides M-1 и F-13, Alternaria alternata Rm-8, A. ochraceus Bo-2, Rhizopus stolonifer Rs-1, Chaetomium sp. F-236, Cladosporium sp. Rm-126, Ulocladium chartarum B-112. Значительная активность протеиназ выявлена у штаммов Penicillium funiculosum шт. 26, P. ^rysogenum шт. 38, P. simplicissimum шт. 24, Aspergillus terreus шт. 35, выделенных из библиотечных помещений Санкт-Петербурга [7]. Кроме того, установлено, что применение таких фунгицидов, как метатин, катамин АБ и метацид, в качестве защиты от биоповреждений способствует активации про-теазной и фосфолипазной активности исследуемых оппортунистических грибов. Каталаза. К факторам патогенности медицинские микробиологи относят и ферменты из класса оксидоре-дуктаз - каталазу и пероксидазу [12, 28, 81]. Впервые прямая связь активности каталазы с вирулентностью была выявлена у многих патогенных бактерий [12]. Каталаза играет непосредственную роль в подавлении фагоцитоза при стафилококковой инфекции путем действия на лизосомный аппарат нейтрофилов и макрофагов, повышая тем самым резистентность патогена. Показано, что микобактерии выживают в макрофагах благодаря наличию у них каталазы, пероксидазы и су-пероксиддисмутазы [21]. Такая же зависимость уровня вирулентности от активности каталазы отмечена и у фитопатогенов - бактерий рода Agrobacterium [99] и грибов рода Botrytis [85]. Исследования с мицелиальными грибами единичны и выполнены главным образом с Aspergillus fumigatus - основным и наиболее опасным из грибных патогенов. Как и в случае с другими микроорганизмами при инфекции, A. fumigatus подвергается действию реактивного кислорода фагоцитарных клеток. Детоксикация Н2О2 также осуществляется каталазами гриба [87]. У A. fumigatus идентифицированы три активных каталазы - одна конидиальная (CatAp) и две мице-лиальные (Cat1p и Cat2p), при этом мицелиальные и конидиальные каталазы имеют разные структуры [75]. Конидиальная каталаза монофункциональная, резистентная к повышенной температуре, ионам металлов, детергентам. У бескаталазных мутантов чувствительность конидий не отличается от контрольных, однако при использовании их для заражения животных (мышей) наблюдается значительная задержка инфицирования. Мицелиальные каталазы - бифункциональные каталазы - пероксидазы, чувствительные к повышенной температуре, ионам металлов, детергентов. В отличие от конидиальной каталазы они играют важную защитную роль у грибов и являются факторами патогенности [47, 77]. Таким образом, каталаза как фактор патогенности присутствует у аэробных микроорганизмов различных систематических групп, в том числе и мицелиальных грибов, и заслуживает внимание при оценке опасности оппортунистических грибов в среде обитания человека. Заключение В настоящее время не вызывает сомнений тот факт, что массовое распространение оппортунистических грибов в среде обитания человека, в том числе за счет развития процессов биоповреждений различных материалов, представляет глобальную экологическую 10 Ekologiya cheloveka (Human Ecology) 2021, 3, pp. 4-14 проблему. Значительное число видов этих грибов являются аллергенными, токсигенными, относятся к возбудителям многих опасных заболеваний, и прежде всего у людей с иммунодефицитом. Количество микозов, вызываемых оппортунистическими грибами, главным образом представителями группы дейтеро-мицетов, ежегодно увеличивается во всем мире. О потенциальной патогенности этих грибов свидетельствует и тот факт, что у условно патогенных грибов факторы патогенности практически такие же, как у патогенных. Обладая уникальной способностью адаптироваться к изменяющимся условиям среды, они могут противостоять как защитным механизмам человека, так и действию различных антифунгальных средств - фунгицидам, получаемым химическим синтезом, и фунгицидам природного происхождения (антибиотикам). Эти свойства грибов обуславливают трудность борьбы с ними, которая не всегда завершается успешно. В соответствии с важностью проблемы в настоящее время во многих странах проводятся исследования по созданию эффективных и экологически безопасных для природы и человека средств защиты от оппортунистических грибов, включая комплексные препараты, обладающие свойством ингибировать адаптационные, в том числе патогенные, свойства грибов.

About the authors

I. L. Kuzikova

St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences; Scientific Research Centre for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Email: ilkuzikova@ya.ru
St. Petersburg, Russia

N. G. Medvedeva

St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences; Scientific Research Centre for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

St. Petersburg, Russia

References

Supplementary files