<<
>>

Молекулярная эпидемиология (на модели Mycobacterium tuberculosis)

В 80-х г.одах XX в. фундаментальная вирусология и ми­кробиология обогатились молекулярно-генетическими метода­ми, которые создали предпосылки для более глубокого познания «интимных» (суборганизменный уровень) сторон ЭП и разработ­ки предложений прикладного характера.

Существенно обогатив теоретические разделы эпидемиологии, они дали более полную характеристику гетерогенности циркулирующих возбудителей инфекций, чем мы ее себе ранее представляли на основе изучения антигенных, биохимических и других свойств микроорганизмов. Генетическое разнообразие микроорганизмов отражает потенции их изменчивости, возможность формирования рекомбинантных штаммов возбудителей, отличающихся по степени контагиозно- сти и вирулентности. Такие изменения могут влиять на характер клинического течения инфекций и проявления ЭП. Все это важно учитывать при конструировании диагностических тест-систем, вакцинных препаратов, познании закономерностей ЭП и при опре­делении прогнозов его развития [36]. В качестве примера потенци­альных возможностей применения молекулярно-генетических ме­тодов в эпидемиологии приведем наши исследования по изучению глобального движения микобактерий туберкулеза (МБТ).

В современный период важнейшим этиологическим аген­том туберкулеза является генетически близкая группа штаммов M. tuberculosis,получившая название «пекинского» семейства (Beijing). Повышенный интерес к стремительному распростране­нию в мире этого генотипа связан с тем, что указанный вариант 28

существенно отличается от других его семейств рядом специфи­ческих «патогенных» свойств, что нашло свое выражение в край­не неблагоприятных клинико-эпидемиологических проявлениях заболевания, к которым следует отнести высокий уровень лекар­ственной устойчивости, диссеминацию и генерализацию тубер­кулезного процесса, увеличение внелегочных форм заболевания, повышенную способность к репликации в макрофагах человека и многие другие «агрессивные» свойства [37].

Анализ существующей мировой литературы показал, что генотип «Пекин» возник на территории Северного Китая более 2000 лет назад и впоследствии распространился на близлежащие азиатские страны и территории (Япония, Южная Корея, Вьетнам, Тибет), где его доля в структуре всех генотипов превышает 70 %. Вторым большим регионом циркуляции «пекинского» семейства являются страны бывшего СССР, где его доля среди всех генетиче­ских разновидностей туберкулеза составляет около 50 %. Третьим регионом распространения вышеуказанного семейства является территория ЮАР, в первую очередь Кейптаун (16 %). В остальных странах указанный генотип встречается значительно реже и, как правило, не превышает 10 % среди всех туберкулезных штаммов.

Таким образом, в настоящее время имеет место весьма не­обычный феномен, заключающийся в том, что в России, как и в странах бывшего СССР, «пекинское» семейство штаммов тубер­кулеза значимо преобладает среди всех регистрируемых изолятов, что существенно отличает эти территории от большинства сосед­них европейских стран. Тем не менее достоверных данных о путях и механизмах заноса генотипа «Пекин» на территорию постсовет­ского пространства нет. Единственная модель, объясняющая рас­пространение данного семейства в России, основана на идее его «транзита» из Китая войсками Чингисхана на рубеже XII-XIII ве­ков с дальнейшим расползанием по территории Руси [38]. Однако исторические, географические и эпидемиологические реалии вступают в противоречие с выдвинутым предположением. Это, в свою очередь, и послужило для нас основанием переосмыслить указанные материалы и сформулировать эпидемиологическую гипотезу, адекватно описывающую глобальное движение заболе­ваемости туберкулезом от Юго-Восточной Азии до стран постсо- 29

ветского пространства. Маркером динамики этого процесса стали генотипы «пекинского» семейства МБТ.

При сопоставлении исторических фактов наиболее перспек­тивным видится следующий эпидемиологический сценарий «за­носа» генотипа «Пекин»» на территорию СССР [39, 40].

На рубеже веков (с 1897 по 1903 г.) Россия, укрепляя свое господство на Дальнем Востоке, инициировала строительство Китайско-Восточной железной дороги (КВЖД). Дорога прохо­дила через территорию Китая (Маньчжурия) на Дальний Восток. Уже в 1903 г. КВЖД была введена в эксплуатацию, обслужива­лась российскими подданными и принадлежала России. Ее стро­ительство сыграло немаловажную роль в развитии Маньчжурии. Через несколько лет такие города, как Харбин, Порт-Артур по сво­ему экономическому развитию уже обогнали города Приморья, а за 7 лет население Маньчжурии увеличилось с 8 до 15 млн чел. Русская диаспора на территории КВЖД и в ее административном центре Харбин представляла собой организованное сообщество, своеобразное государство в государстве, в котором действовали российские законы, работали образовательные, научные, меди­цинские и прочие учреждения, это был своего рода уголок мно­гонациональной России. Нет никаких сомнений, что проживание этой обширной российской диаспоры в очаге генотипа «Пекин» не могло не повлечь за собой инфицирование россиян штаммами данного семейства.

После Октябрьской революции, в период Гражданской вой­ны, КВЖД постоянно подвергалась нападениям со стороны Китая. В 1924 г. СССР и Китай подписали соглашение о совместном управлении дорогой, в 1931 г. Советский Союз в связи с оккупа­цией Маньчжурии японскими войсками потерял над ней контроль, а уже в 1934 г. состоялась официальная продажа КВЖД Китаю. За период с апреля по август 1935 г. из Китая в СССР выехало около 20 тыс. сотрудников КВЖД и членов их семей. В это же время в стране набирала обороты волна «Большого террора». К концу 1937 г., практически все бывшие служащие КВЖД и члены их семей были объявлены «японскими шпионами» и подверглись массовым арестам и репрессиям. В 1945 г. более 10 тыс. чел. было арестовано в Харбине после капитуляции Японии. Таким образом, 30

за период с 1940 по 1950 г. большая часть русских добровольно или принудительно репатриированных из Маньчжурии и Китая, была приговорена к различным срокам заключения в исправи­тельно-трудовых лагерях или расстреляна.

Основными источни­ками распространения генотипа «Пекин» на территории СССР в это время могли быть именно репатрианты из Китая (работники КВЖД, жители Харбина и других пограничных городов), поме­щенные в систему исправительно-трудовых лагерей СССР.

Определенный вклад в распространение рассматриваемо­го генотипа могли внести и японские военнопленные, поскольку в Японии, как и в Китае, генотип «Пекин» был доминирующим. После поражения Квантунской армии, в 1946 г. в исправительно­трудовые лагеря СССР было отправлено более 460 тыс. японских военнопленных. По данным архивов НКВД, за 8 лет число лаге­рей в СССР увеличилось с 11 (1932 г.) до 53 (1940 г.), включая более 600 филиалов, разбросанных на десятки и тысячи киломе­тров друг от друга. На начало 1941 г. в них содержалось около 1,5 млн. чел. Особенно важно, что это была разветвленная систе­ма, имевшая свои учреждения во всех без исключения регионах и республиках СССР.

Активное распространение генотипа «Пекин» в СССР вне пенитенциарной системы, вероятно, началось в 1950-е годы прош­лого века, совпав с накоплением значительной массы больных в лагерях и послаблением тоталитарного режима, что дало возмож­ность сотням тысяч заключенных вернуться к нормальной жизни. Например, только в 1953 г. в общей сложности на свободу было выпущено около 1,2 млн бывших заключенных.

Кроме того, за период с 1954 по 1960 г. в Советский Союз из Маньчжурии и Синьцзяна на освоение целины приехало более 250 тыс. русских, украинцев, казахов, киргизов, уйгур, узбеков, та­тар. Не исключено, что они также могли послужить дополнитель­ной волной «заноса» генотипа «Пекин» в Россию.

Исходя из представленных данных, можно предположить, что первичным массовым источником распространения генотипа «Пекин» в СССР стали лица, связанные со строительством и обслу­живанием КВЖД, члены их семей и другие репатрианты из Китая, а основным проводником, для селективной диссеминации именно 31

этой генетической группы M. tuberculosis была и остается пени­тенциарная система.

Следует отметить, что даже в настоящее вре­мя заболеваемость туберкулезам в местах лишения свободы значи­тельно превышает таковую среди гражданского населения соответ­ствующих территорий [41]. В годы активного функционирования ГУЛАГА эти показатели были просто не сопоставимы, и пенитен­циарная система стала основным катализатором развития эпидемии туберкулезной инфекции в странах постсоветского пространства.

Представленный сценарий развития эпидемии применитель­но к генотипу «Пекин» хорошо укладывается в основные положе­ния теории саморегуляции паразитарных систем В.Д. Белякова и объясняет переход этиологического агента M. tuberculosis(в дан­ном случае его генотипа «Пекин») из фазы резервации в фазу эпидемического распространения влиянием фактора «переме­шивания». Этому процессу в немалой степени способствуют и другие факторы: климат, рацион питания и в целом образ жизни. Понимание механизмов возможного формирования эпидемии ту­беркулеза, связанной с экспансией штаммов генотипа «Пекин», дает возможность по-новому осмыслить и охарактеризовать не­равнозначную и уникальную эпидемическую ситуацию в России и странах Европы, сложившуюся за последние десятилетия.

Предложенная гипотеза эпидемического распространения «пекинского» семейства МБТ основана на исторических фактах и традиционном (описательном) эпидемиологическом анализе и не подкреплена доказательной базой. Для логического завершения этой проблемы нами использован метод молекулярного модели­рования эволюционных событий, основанный на сопоставлении хронологического и пространственного распределения доминиру­ющих эпидемически значимых генотипов МБТ.

Для решения поставленной задачи из мировой онлайн базы данных SITVIT были выбраны сполиготипы штаммов M. tuberculosis [43], на основе которых программой SpolTools [44] строится консенсусная сеть связанных между собой деревьев - сполигодерево (spoligoforest) [45].

Основными параметрами оценки, характеризующими споли- годерево, являются число узлов (кластеров), а также (и это основ­ное) их размер и число предков.

Размер каждого узла соответст- 32

вует числу соответствующих изолятов, а указатели между узлами отражают эволюционные взаимосвязи между сполиготипами в направлении от предков к потомкам. Наличие связей между узла­ми означает наличие конечного числа мутационных шагов между генотипами, позволяющих программе SpolTools вычислить вирту­ального предка и, наоборот, отсутствие связей свидетельствует о значительных генетических различиях между генотипами.

Взаимоотношение узлов и предков позволяет выделить эпи­демически значимые варианты сполиготипов, которые характери­зуются большим размером кластера, но (в отличие от так называ­емых древних штаммов) с минимальным числом потомков. Этот вариант сполиготипов способен распространяться в популяции людей быстрее естественного процесса накопления мутаций, что характерно для «древних» штаммов.

Для контроля правильности выбора эпидемически значимых генотипов была использована специальная статистическая про­грамма [45], а их принадлежность к семействам МБТ осуществ­лялась при помощи базы сполиготипов SpolDB4 в соответствии с номерами (ST) [46].

В процессе анализа выбрано 3935 генотипов, содержащих 906 уникальных вариантов из 9 стран: Россия, Латвия, Эстония, Польша, Финляндия, Италия, Португалии, Вьетнам, Япония (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Основные статистические данные, использованные для молекулярного моделирования эволюционных событий

Страна Число
штаммов сполиготипов
Россия 1077 171
Латвия 140 28
Эстония 119 31
Финляндия 374 135
Польша 306 87
Италия 539 196
Португалия 358 97
Вьетнам 783 127
Япония 239 34
Всего 3935 906

К группе опытных стран отнесены Россия, Эстония и Латвия, которые долгое время входили в состав СССР и демонстрирова­ли при этом высокий процент обнаружения генотипа «Пекин». Кроме этого, обе Прибалтийские республики и в более отдален­ном прошлом достаточно продолжительное время входили в со­став Российской империи: Эстония - с 1721 по 1918 г., Латвия в составе Курляндской губернии - с 1796 по 1920 г.

Для сравнительной оценки были выделены три группы контрольных стран. Основные контрольные страны (Польша, Финляндия) были отобраны по историко-географической общ­ности с опытными странами. Финляндия граничит с Россией и Эстонией и находилась в составе Российской империи с 1809 по 1917 г. Практически в тот же период (1815-1915 г.), часть Польши, так называемое Царство Польское с населением 2,7 млн чел., так­же была частью империи. Тем не менее обе эти страны никогда не входили в состав СССР. Выбор второй группы контрольных стран (Италия и Португалия) имел относительно условный характер и был основан на принадлежности к Европе, а также на отсутствии общих границ и сколько-нибудь выраженных миграционных пото­ков населения между ними и опытными странами. Третья группа контрольных стран (Вьетнам и Япония) относится к региону с до­кументально доказанным преобладанием генотипа «Пекин» МБТ в их общей структуре.

Итоговые значения результатов эпидемиологического анализа сведены в табл. 2.2, в которой представлены все эпидемически - значимые генотипы на рассматриваемых территориях.

Как видно из представленных данных, на территории Европы генотип «Пекин» имеет эпидемическое значение только для стран, бывших в составе СССР (Россия, Эстония, Латвия). У Финляндии и Польши, несмотря на географическую и историческую бли­зость к России, свои профили эпидемических штаммов и генотип «Пекин» среди них не представлен. Аналогичная закономерность характерна и для других европейских стран, отнесенных нами к условной группе контроля (Италия с Португалией). В странах, эн­демичных для генотипа «Пекин» (Япония и Вьетнам), как и ожи­далось, он является эпидемически значимым.

Таблица 2.2

Эпидемически значимые генотипы МБТ в анализируемых странах

Опытные страны Конт рольные страны
Сполиготип Семейство Сполиготип Семейство
Россия Финляндия (основная группа)
ST1 BEIJING ST49 H3
ST53 T1 ST47 H1
ST252 LAM9 ST53 T1
ST42 LAM9 Польша(основнаягруппа)
ST254 T5 RUS1 ST1557 H1
ST1134 H4 ST42 LAM9
ST262 H4 Япония и Вьетнам (эндемичная группа)
Латвия ST1 BEIJING
ST1 BEIJING Италия (группа сравнения)
Эстония ST33 LAM3
ST1 BEIJING ST53 T1
Португалия (группа сравнения)
ST20 LAM
ST42 LAM9

Проведенное моделирование процессов генотипообразова- ния штаммов M. tuberculosisсвидетельствуют о наличии едино­го источника генотипа «Пекин» (ST1) для России и других стран постсоветского пространства, входящих в недавнем историческом прошлом в состав одного государства. При этом распространение (доминирование) «пекинского» семейства МБТ на этой террито­рии носило практически одномоментный («эксплозивный») ха­рактер и пришлось на середину XX в. Об этом свидетельствует выраженная «экспансия» одного генотипа возбудителя туберкуле­за (в нашем случае его «пекинский» вариант) на территории этих государств, и весьма незначительные его показатели на террито­рии соседних, в том числе граничащих с ним стран.

Помимо эпидемиологических данных о закономерностях распределения генотипа «Пекин» на Евро-Азиатском континенте в ходе исследований нами также были получены весьма интересные экспериментальные материалы при исследовании распределения 35

аллелей гена CD209 336 A/G для лиц мужского пола. Не останав­ливаясь подробно на этом разделе исследований, отметим, что со­четание генотипа «Пекин» микобактерий туберкулеза и носитель­ство аллеля 336G гена CD209 у больных туберкулезом легких в 3,3 раза повышает вероятность летального исхода заболевания у лиц мужского пола (р < 0,05) [39, 46].

В связи с эпидемиологическим направлением данной главы возникают вопросы, почему генотип «Пекин» способствовал раз­витию эпидемии туберкулеза в нашей стране только в XX в., а до начала минувшего столетия не был известен, и почему структура генотипов МБТ на постсоветском пространстве столь разительно отличается от стран-соседей? На эти основополагающие вопросы можно ответить следующим образом. В первой половине XX в. на территории России имел место политический катаклизм, вовлек­ший в дальнейшем в свою орбиту и ряд других стран, с образова­нием в конечном итоге единой общности (СССР). Этот политиче­ский процесс послужил становлению относительно безвредного генотипа «Пекин» (каковым он является в современное время на территории Китая) в вариант, обладающий способностью активи­зировать развитие эпидемического процесса, и в итоге приводить к эпидемии туберкулезной инфекции на 1/6 части суши нашей планеты. Основным фактором, способствовавшим этому, стала си­стема ГУЛАГа, охватившая практически всю территорию страны.

Таким образом, пенитенциарная система СССР (дитя поли­тической системы этой страны) является важнейшим компонен­том в процессе формирования как эпидемических штаммов, так и соответственно глобального эпидемического распространения туберкулеза, в основном генотипа «Пекин». Полученные данные позволяют отнести этот институт государства (при соответству­ющей политической системе страны) к основному фактору риска глобального распространения туберкулеза в отличие от социаль­но-экономических условий гражданского общества и процессов миграции населения.

Выдвинутые нами положения косвенно подтверждаются следующими данными. Формирование неблагополучной эпи­демиологической ситуации, связанной с M. tuberculosis complex, приходится практически на современный период. Применение 36

статистической обработки представленных генетических данных позволило установить, что постоянное увеличение численности микроорганизмов, составляющих M. tuberculosis complex,пато­генных для человека, началось всего около 180 лет назад, причем у генотипа «Пекин» эти показатели демонстрировали 500-кратное увеличение численности микробной популяции [47].

Таким образом, эпидемия современного туберкулеза нача­лась относительно недавно и, возможно, связана с изменившимся образом жизни человечества (начавшаяся капитализация общест­ва и связанные ней процессы урбанизации, индустриализации и в конечном итоге - глобализации).

Следующий качественный скачок в развитии пандемии ту­беркулеза приходится, на первую половину XX в. и связан с его заносом из стран Юго-Восточной Азии в страны бывших участни­ков СССР, а в дальнейшем - с широким распространением в них «пекинского» семейства МБТ.

Необходимо подчеркнуть, что мы не можем знать, какие события смогут в ближайшей или отдаленной перспективе спо­собствовать следующему скачку в глобальном распростране­нии туберкулеза. Однако, учитывая достаточно незначительный (в историческом аспекте) период времени, за которое произошло доминирование генотипа «Пекин» МБТ на территории стран пост­советского пространства, наличие выраженных «агрессивных» свойств, отличающих его от других генетических семейств, а так­же усиливающиеся процессы глобализации, можно прогнозиро­вать дальнейшую экспансию этого генетического семейства МБТ и на другие территории.

В качестве иллюстрации высказанного положения можно со­слаться на зарубежные исследования [38], в которых показано, что в Европе генотип «Пекин» составляет 50 % всех мультирезистент- ных штаммов и основными источниками инфекции являются им­мигранты из стран бывшего СССР. Более того, в Германии 80 % больных с лекарственно устойчивыми штаммами также относятся к указанной группе риска. Эти данные позволяют судить о высо­ком эпидемическом потенциале «пекинского» семейства туберку­лезных штаммов, направленном в первую очередь на максимально быстрое распространение в популяции людей.

В заключение следует отметить, что в России имеет место эпидемия туберкулеза, вызванная, большей частью штаммами ге­нотипа «Пекин»». И именно наиболее неблагоприятные клинико­эпидемиологические проявления, характерные для «пекинского семейства» M. tuberculosis,выделяют проблему заболеваемости туберкулезом, ассоциированную с данным генотипом, на уровень приоритетного направления в стратегии борьбы с этим инфекци­онным заболеванием.

В связи с этим необходимо уделить самое пристальное вни­мание изучению биологических свойств и эпидемиологических особенностей распространения указанного генотипа в России и странах-соседях на постсоветском пространстве. Кроме этого, ва­жен поиск генетических детерминант естественной резистентно­сти восприимчивости к туберкулезу и их связи с доминирующи­ми штаммами. Все это позволит более целенаправленно выявлять носителей чувствительных к туберкулезу аллелей и более своев­ременно и эффективно проводить профилактику и лечение этого эпидемиологически и социально значимого заболевания.

Важнейшим инструментом для реализации поставленных вопросов будет привлечение в эпидемиологические исследования метода молекулярного моделирования эволюционных событий, который позволит отслеживать исторические пути возникновения и распространения заболеваний инфекционной природы, что, в свою очередь, будет способствовать прогнозированию их движе­ния в долгосрочной перспективе.

В заключение заметим, что в настоящее время раскрыты еще не все возможности и перспективы развития молекулярной эпи­демиологии, но уже можно утверждать, что широкое внедрение полимеразной цепной реакции (ПЦР) и других молекулярно-гене­тических методов создает более надежную основу для реализации системы эпидемиологического надзора за инфекциями, прогнози­рования заболеваемости и профилактики. Вполне вероятно, что в XXI в. появятся и новые методы исследования, которые сущест­венно обогатят эпидемиологию.

2.2.

<< | >>
Источник: Проблемные вопросы общей эпидемиологии: мо­нография / А.А. Яковлев, Е.Д. Савилов. - Новосибирск: Наука,2015. - 250 с.. 2015

Еще по теме Молекулярная эпидемиология (на модели Mycobacterium tuberculosis):

  1. Глава 15. Аутоиммунные заболевания
  2. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  3. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  4. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
  5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  6. Исследование структур различных белков с применением D2O
  7. Казарьян, Константин Александрович. Биохимические и иммунологические свойства Белков семейства Rpf — факторов роста [Электронный ресурс] Micrococcus Iuteus и Mycobacterium tuberculosis : Дис. ... канд. Биол. наук : 03.00.04 .-М.: РГБ, 2003, 2003
  8. 3.3 Действие Rpf на клеточную стенку Л/, tuteus
  9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  10. Глава 7 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭПИДЕМИОЛОГИЯ
  11. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ЭПИДЕМИОЛОГИИ
  12. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ СЛЕЖЕНИЕ В ЦЕЛЯХ МОЛЕКУЛЯРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
  13. Понятие причины
  14. ОГЛАВЛЕНИЕ
  15. ГЛАВА 2 СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ЭПИДЕМИОЛОГИИ
- Акушерство и гинекология - Анатомия - Андрология - Биология - Болезни уха, горла и носа - Валеология - Ветеринария - Внутренние болезни - Военно-полевая медицина - Восстановительная медицина - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Геронтология, гериатрия - Гигиена и санэпидконтроль - Дерматология - Диетология - Здравоохранение - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация - Инфекционные заболевания - Информационные технологии в медицине - История медицины - Кардиология - Клинические методы диагностики - Кожные и венерические болезни - Комплементарная медицина - Лучевая диагностика, лучевая терапия - Маммология - Медицина катастроф - Медицинская паразитология - Медицинская этика - Медицинские приборы - Медицинское право - Наследственные болезни - Неврология и нейрохирургия - Нефрология - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Офтальмология - Патофизиология - Педиатрия - Приборы медицинского назначения - Психиатрия - Психология - Пульмонология - Стоматология - Судебная медицина - Токсикология - Травматология - Фармакология и фармацевтика - Физиология - Фтизиатрия - Хирургия - Эмбриология и гистология - Эпидемиология -