Түберкулез қоздырғышы – Mycobacterium tuberculosis

Кіріспе

Туберкулезді қоздыратын патогенді бактериялар түрі – Mycobacterium tuberculosis (M. tb) бактериясы, сондай-ақ Кохтың таяқшасы деп аталады, Mycobacteriaceae тұқымдасының патогенді бактериялар түрі және туберкулездің себепшісі болып табылады. 1882 жылы Роберт Кох алғаш рет ашқан M. tuberculosis бактериясының жасуша бетінде ерекше, майлы қабықша бар, бұл негізінен миколь қышқылының болуына байланысты. Бұл қабықша жасушаларды Грам бояуына қарсы тұрақты етеді, нәтижесінде M. tuberculosis әлсіз Грам-оң болып көрінуі мүмкін. Оның орнына, M. tuberculosis-ті микроскоп арқылы анықтау үшін Ziehl-Neelsen сияқты қышқылға төзімді бояулар немесе аурамин сияқты флуоресцентті бояулар қолданылады. M. tuberculosis-тің физиологиясы жоғары дәрежеде аэробты және көп мөлшерде оттегі қажет етеді. Ол негізінен сүтқоректілердің тыныс алу жүйесінің патогені болып табылады және өкпеге инфекция жұқтырады. Туберкулезді диагностикалау үшін ең көп қолданылатын әдістер – туберкулин тері сынағы, қышқылға төзімді бояу, егіс және полимераза тізбекті реакциясы (ПТР). M. tuberculosis геномы 1998 жылы секвенцияландырылды.

Микробиология

2019 жылы M. tuberculosis Mycobacterium түрлерінің генетикалық байланысты кешенді тобында табылды, бұл Mycobacterium tuberculosis кешені деп аталады, және оның кем дегенде 9 мүшесі бар: M. tuberculosis.

Ол өсу үшін оттегі қажет етеді және жылжымайды. M. tuberculosis 18–24 сағат сайын бөлінеді. Бұл минуттармен өлшенетін басқа бактериялармен салыстырғанда өте баяу (мысалы, Escherichia coli шамамен 20 минут сайын бөлінеді). Бұл әлсіз дезинфекциялық құралдарға төзімді және құрғақ күйде бірнеше апта бойы сақталып қала алатын кішкентай таяқша тәрізді бактерия. Оның миколь қышқылы және түйін факторлы гликолипид сияқты липидтерге бай ерекше жасуша қабырғасы құрғақшылыққа төзімділігін қамтамасыз етеді және маңызды вируленттілік факторы болып табылады.

Микроскопиялық

Басқа бактерияларды әдетте микроскоп арқылы Грам бояуымен бояу арқылы анықтайды. Дегенмен, M. tuberculosis бактериясының жасуша қабырғасындағы миколь қышқылы бұл бояуды сіңірмейді. Оның орнына Ziehl-Neelsen бояуы сияқты қышқылға төзімді бояулар немесе аурамин сияқты флуоресцентті бояулар қолданылады. Мұндай көрініс жіптерден жасалған арқан сияқты "шнурлану" деп аталады. Бактерияның сәйкестігін растау үшін гендік зондтар және MALDI TOF тесттері де қолданылады.

Патофизиология

Адамдар – М. туберкулезінің жалғыз белгілі резервуары. Жиі кездесетін жаңылыс пікір – М. туберкулезін қолдасу арқылы, унитаз сиденіесіне тию арқылы, тамақ немесе суды бөлісу арқылы, тіс щеткасын қолдану арқылы жұқтыруға болады. Дегенмен, инфекцияның негізгі таралу жолы – ауру жұқтырған адамның жөтелген, түскен, сөйлеген немесе ән айтқан кезде таралатын ауа тамшылары арқылы. Өкпеде М. туберкулезі альвеолалық макрофагтармен фагоцитозға түседі, бірақ олар бактерияны өлтіре алмайды және қорыта алмайды. Оның жасуша қабырғасы корд-фактор гликолипидтерінен тұрады, ол фагосоманың лизосомамен бірігуін тежейді, ал лизосома бактерияға қарсы факторлардың жиынтығын қамтиды. Бактериялар реактивті азот аралықтарын залалсыздандыру арқылы макрофагтардың бактерияны өлтіруінен де қашып құтылады. Жақында ғана М. туберкулезі 1-туберкулозиниладенозин (1 TbAd) – арнайы нуклеозидті бөліп шығарады және онымен қапталады, ол антиацидтік әсер етеді, pH деңгейін бейтараптандырады және лизосомаларда ісінуді тудырады. М. туберкулезі инфекцияларында PPM1A деңгейінің жоғарылағаны анықталды, бұл патогендерді жою үшін макрофагтардың қалыпты апоптоздық жауабына әсер етеді, себебі PPM1A ішкі және сыртқы апоптоздық жолдарға қатысады. Сондықтан PPM1A деңгейі артқанда, оның экспрессиясы екі апоптоздық жолды тежейді. Киномдық талдау нәтижесінде JNK/AP1 сигналдық жолы PPM1A-ның әсер ететін төменгі буыны болып табылды және макрофагтардағы апоптоздық жол осылай реттеледі. Грануломалар – иммундық жасушалардың ұйымдасқан жиынтығы – туберкулез инфекциясының ерекше белгісі. Грануломалар инфекция кезінде екі қызмет атқарады: иммундық жауапты реттейді және тіндердің зақымдануын азайтады, бірақ сонымен қатар инфекцияның таралуына да көмектеседі. М. туберкулезінің мутанттарын жасау және жеке ген өнімдерін нақты функциялар бойынша тексеру мүмкіндігі оның патогенезін және вируленттілік факторларын түсінуді едәуір алға жылжытты. Көптеген секрецияланатын және экспортталатын белоктар патогенезде маңызды екені белгілі. Мысалы, мұндай вируленттілік факторларының бірі – корд-фактор (трегалоза димиколонат), ол иесінде тіршілік етуді ұзартуға қызмет етеді. М. туберкулезіне төзімді штаммдар өз гендеріндегі мутацияларға байланысты бірнеше туберкулезге қарсы препаратқа төзімділік дамытты. Сонымен қатар, рифампицин және стрептомицин сияқты бірінші қатарлы туберкулезге қарсы препараттардың тиімділігі макрофаг нишасына тиімді енбеуіне байланысты ішкі жасушалық М. туберкулезін жоюда төмендеді. JNK апоптоздық жолдарды – ішкі және сыртқы – бақылауда маңызды рөл атқарады. Сонымен қатар, ол PPM1A белсенділігінің субстраты болып табылады, сондықтан JNK фосфорилирленгенде апоптоз процесі басталады. М. туберкулезі инфекциясы кезінде PPM1A деңгейі жоғары болғандықтан, PPM1A сигналдық жолын тежеу арқылы, бұл патогендерге қарсы оның қалыпты апоптоздық функциясын қалпына келтіре отырып, М. туберкулезімен жұққан макрофагтарды өлтірудің терапиялық әдісі болуы мүмкін, соның салдарынан М. туберкулезі инфекциясын емдеу мерзімін қысқартуға болады. М. туберкулезінің белгілеріне үш аптадан астам созылған жөтел, гемоптиз, дем алғанда немесе жөтелгенде кеудеде ауыру, салмақ жоғалту, шаршау, қызба, түнгі терлеу, дікілдеу және тәбет жоғалту жатады. М. туберкулезі денедегі басқа ағзаларға да таралуы мүмкін. Бұл бүйрек зардап шегетін жағдайда зәрде қан болуына, ал омыртқа зардап шегетін жағдайда бел ауруына әкелуі мүмкін.

Humans are the only known reservoirs of M. tuberculosis. A misconception is that M. tuberculosis can be spread by shaking hands, making contact with toilet seats, sharing food or drink, or sharing toothbrushes. However, major spread is through air droplets originating from a person who has the disease either coughing, sneezing, speaking, or singing. When in the lungs, M. tuberculosis is phagocytosed by alveolar macrophages, but they are unable to kill and digest the bacterium. Its cell wall is made of cord factor glycolipids that inhibit the fusion of the phagosome with the lysosome, which contains a host of antibacterial factors. The bacteria also evades macrophage killing by neutralizing reactive nitrogen intermediates. More recently, M. tuberculosis has been shown to secrete and cover itself in 1 tuberculosinyladenosine (1 TbAd), a special nucleoside that acts as an antacid, allowing it to neutralize pH and induce swelling in lysosomes. In M. tuberculosis infections, PPM1A levels were found to be upregulated, and this, in turn, would impact the normal apoptotic response of macrophages to clear pathogens, as PPM1A is involved in the intrinsic and extrinsic apoptotic pathways. Hence, when PPM1A levels were increased, the expression of it inhibits the two apoptotic pathways. With kinome analysis, the JNK/AP 1 signalling pathway was found to be a downstream effector that PPM1A has a part to play in, and the apoptotic pathway in macrophages are controlled in this manner. Granulomas, organized aggregates of immune cells, are a hallmark feature of tuberculosis infection. Granulomas play dual roles during infection: they regulate the immune response and minimize tissue damage, but also can aid in the expansion of infection. The ability to construct M. tuberculosis mutants and test individual gene products for specific functions has significantly advanced the understanding of its pathogenesis and virulence factors. Many secreted and exported proteins are known to be important in pathogenesis. For example, one such virulence factor is cord factor (trehalose dimycolate), which serves to increase survival within its host. Resistant strains of M. tuberculosis have developed resistance to more than one TB drug, due to mutations in their genes. In addition, pre existing first line TB drugs such as rifampicin and streptomycin have decreased efficiency in clearing intracellular M. tuberculosis due to their inability to effectively penetrate the macrophage niche. JNK plays a key role in the control of apoptotic pathways—intrinsic and extrinsic. In addition, it is also found to be a substrate of PPM1A activity, hence the phosphorylation of JNK would cause apoptosis to occur. Since PPM1A levels are elevated during M. tuberculosis infections, by inhibiting the PPM1A signalling pathways, it could potentially be a therapeutic method to kill M. tuberculosis infected macrophages by restoring its normal apoptotic function in defence of pathogens. thus decreasing the treatment times for M. tuberculosis infections. Symptoms of M. tuberculosis include coughing that lasts for more than three weeks, hemoptysis, chest pain when breathing or coughing, weight loss, fatigue, fever, night sweats, chills, and loss of appetite. M. tuberculosis also has the potential of spreading to other parts of the body. This can cause blood in urine if the kidneys are affected, and back pain if the spine is affected.

Шеттің өзгеруі

Штамдарды типтеу туберкулездің таралуын зерттеуде маңызды, себебі ол зерттеушіге адамнан адамға жұғуды растауға немесе жоққа шығаруға қажетті мәліметтер береді. Мысалы, А кісісі туберкулезбен ауырып, оны В кісісінен жұқтырғанына сенсе. Егер әрбір адамнан оқшауланған бактериялар әртүрлі типке жатса, онда В-дан А-ға жұғу болмағандығы нақтыланады; бірақ, егер бактериялар бір штамм болса, онда бұл В кісісі А-ны жұқтырды деген гипотезаны қолдайды (бірақ нақты дәлелдей алмайды). 2000 жылдардың басына дейін M. tuberculosis штаммдары импульстік өрістік гель электрофорезі арқылы типтелді. Қазір бұл тандемдік қайталаудың өзгермелі саны (VNTR) әдісімен алмастырылды, оны орындау техникалық тұрғыдан оңай және штаммдарды жақсы ажыратуға мүмкіндік береді. Бұл әдіс M. tuberculosis геномындағы қайталанатын ДНК тізбектерінің болуын пайдаланады. M. tuberculosis-тің VNTR типтеуінің үш буыны белгілі. Бірінші схема, «дәл тандемдік қайталау» деп аталады, тек бес локусты қолданды, бірақ осы бес локустың ажырату қабілеті PFGE-ге қарағанда нашар болды. Екінші схема, «микобактериялық аралас қайталанатын бірлік» деп аталады, PFGE-ге тең ажырату қабілетіне ие. Үшінші буын (микобактериялық аралас қайталанатын бірлік – 2) тағы тоғыз локусты қосып, олардың жалпы санын 24-ке жеткізді. Бұл PFGE-ден жоғары ажырату дәрежесін қамтамасыз етеді және қазіргі уақытта M. tuberculosis-ті типтеудің стандарты болып табылады. Дегенмен, археологиялық қалдықтарды зерттеу кезінде, топырақ бактерияларымен ластану мүмкіндігіне байланысты қосымша мәліметтер қажет болуы мүмкін. M. tuberculosis-тің антибиотиктерге төзімділігі әдетте антибиотиктің әсер ететін гендердегі мутациялардың жиналуынан немесе препараттың дозалануының өзгеруінен туындайды. Егер M. tuberculosis рифампицин мен изониазидке, яғни емдеуде қолданылатын ең маңызды антибиотиктерге төзімділік дамытса, ол көп дәрілік төзімді туберкулез (МДР ТБ) деп есептеледі. Сонымен қатар, кең ауқымды дәрілік төзімді M. tuberculosis (XDR ТБ) изониазидке де, рифампицинге де, сондай-ақ кез келген фторхинолонға және екінші қатардағы инъекциялық препараттардың кем дегенде біреуіне (амикацин, канамицин немесе капреомицин) төзімділікпен сипатталады.

Typing of strains is useful in the investigation of tuberculosis outbreaks, because it gives the investigator evidence for or against transmission from person to person. Consider the situation where person A has tuberculosis and believes he acquired it from person B. If the bacteria isolated from each person belong to different types, then transmission from B to A is definitively disproven; however, if the bacteria are the same strain, then this supports (but does not definitively prove) the hypothesis that B infected A. Until the early 2000s, M. tuberculosis strains were typed by pulsed field gel electrophoresis. This has now been superseded by variable numbers of tandem repeats (VNTR), which is technically easier to perform and allows better discrimination between strains. This method makes use of the presence of repeated DNA sequences within the M. tuberculosis genome. Three generations of VNTR typing for M. tuberculosis are noted. The first scheme, called exact tandem repeat, used only five loci, but the resolution afforded by these five loci was not as good as PFGE. The second scheme, called mycobacterial interspersed repetitive unit, had discrimination as good as PFGE. The third generation (mycobacterial interspersed repetitive unit – 2) added a further nine loci to bring the total to 24. This provides a degree of resolution greater than PFGE and is currently the standard for typing M. tuberculosis. However, with regard to archaeological remains, additional evidence may be required because of possible contamination from related soil bacteria. Antibiotic resistance in M. tuberculosis typically occurs due to either the accumulation of mutations in the genes targeted by the antibiotic or a change in titration of the drug. M. tuberculosis is considered to be multidrug resistant (MDR TB) if it has developed drug resistance to both rifampicin and isoniazid, which are the most important antibiotics used in treatment. Additionally, extensively drug resistant M. tuberculosis (XDR TB) is characterized by resistance to both isoniazid and rifampin, plus any fluoroquinolone and at least one of three injectable second line drugs (i. e., amikacin, kanamycin, or capreomycin).

Геном

H37Rv штаммының геномы 1998 жылы жарияланды. Оның көлемі 4 миллион негіз жұбы, 3959 ген бар; осы гендердің 40% -ының функциясы сипатталған, ал тағы 44% -ының мүмкін функциясы болжанып отыр. Геном ішінде алты псевдоген бар. Май қышқылдарының метаболизмі. Геномда май қышқылдарының метаболизміне қатысы бар 250 ген бар, олардың 39-ы поликетид метаболизміне қатысы бар, бұл балауызды қабықшаны құрайды. Мұндай көптеген сақталған гендер патогеннің тіршілік етуі үшін балауызды қабықшаның эволюциялық маңыздылығын көрсетеді. Сонымен қатар, тәжірибелік зерттеулер M. tuberculosis үшін липидтік метаболизмнің маңыздылығын растады, ол толығымен майлар мен холестерин сияқты жанушыдан алынған липидтерден тұрады. Жұқтырылған тышқандардың өкпесінен бөліп алынған бактериялар көмірсуларға қарағанда май қышқылдарын пайдалануға бейім екені көрсетілді. M. tuberculosis липидтік холестеринде көміртегінің жалғыз көзі ретінде өсе алады, ал холестерин пайдалану жолындағы гендер M. tuberculosis-тің инфекциялық өмір циклының әртүрлі кезеңдерінде, әсіресе басқа қоректік заттар жеткіліксіз болған кезде, созылмалы инфекция кезеңінде маңызды екені расталды. PE/PPE гендері отбасысы. Кодтау қабілетінің шамамен 10% -ын қышқыл, глицинге бай белоктарды кодтайтын PE/PPE гендері отбасылары құрайды. Бұл белоктардың N-терминальды мотиві сақталады, оның жойылуы макрофагтар мен грануломалардағы өсуді тежейді. Кодталмаған РНК. M. tuberculosis-те 9 кодталмайтын sRNA сипатталды, ал тағы 56-сы биоинформатикалық скринингте болжалды. Антибиотиктерге төзімділік гендері. 2013 жылы антибиотиктерге төзімділік механизмдерін зерттеу үшін бірнеше сезімтал, жоғары төзімді және көптеген төзімді M. tuberculosis штаммдарының геномдары зерттелді. Нәтижелер жаңа қарым-қатынастарды және бұрын байланыстырылмаған дәріге қарсы гендерді ашты және дәріге қарсылықпен байланысты кейбір гендер мен интергендік аймақтар бірнеше дәріге қарсы төзімділікке қатысуы мүмкін екенін ұсынды. Бұл төзімділіктің дамуында интергендік аймақтардың ролі ерекше атап өтуге лайық, және осы зерттеуде дәріге қарсылыққа жауапты деп ұсынылған гендердің көпшілігі M. tuberculosis-тің дамуында маңызды рөл атқарады. Эпигеном. Бір молекулалық нақты уақыт секвенирлеу және одан кейінгі биоинформатикалық талдау M. tuberculosis-те үш ДНК метилтрансферазасын анықтады: Mycobacterial Adenine Methyltransferases A (MamA), B (MamB) және C (MamC). Үшеуі де аденин метилтрансферазалары, және олардың әрқайсысы M. tuberculosis-тің кейбір клиникалық штаммдарында функционалды, ал басқаларында емес. M. tuberculosis-тің кейбір штаммдары мақсатты аденин негіздерінің жартылай метилирленуіне себеп болатын MamA-да мутацияларды алып жүреді. Жасушаішілік мозаикалық метилирленуге себеп болатын MamA мутациялары M. tuberculosis-тің жаһандық сәтті таралған Пекин субтегінде жиі кездеседі. M. tuberculosis-тен басқа, M. tuberculosis кешені (MTBC) әртүрлі жануарларды жұқтыратын бірнеше мүшелерді қамтиды, оларға M. africanum, M. bovis (Дасси бациллы), M. caprae, M. microti, M. mungi, M. orygis және M. pinnipedii жатады. Бұл топқа M. canettii клады да кіруі мүмкін. MTBC-ның бұл жануарлар штаммдары қатаң түр мәртебесіне лайық емес, өйткені олардың барлығы тығыз байланысты және M. tuberculosis филогенезиясына енген, бірақ тарихи себептерге байланысты олар қазіргі уақытта түр мәртебесін сақтайды. M. canettii клады – оның ішінде M. prototuberculosis – тегіс колониялы Mycobacterium түрлерінің тобы. M. tuberculosis тобының белгілі мүшелерінен айырмашылығы, олар басқа түрлермен рекомбинацияға ұшырайды. Бұл топтың белгілі штаммдарының көпшілігі Африка мүйізінен оқшауланды. M. tuberculosis-тің ата-тегі M. canettii болып көрінеді, ол алғаш рет 1969 жылы сипатталған. M. tuberculosis кешенінің белгілі мүшелерінің барлығы таралуы бойынша клоналды. Адамды жұқтыратын негізгі түрлер жеті тұқымға бөлінген. Бұл тұқымдарды сполиготиптеу үшін қолданылатын терминологияға аудару, өте қарапайым генотиптеу әдістемесі, 1-ші тұқым Шығыс Африкалық Үндістанды (EAI), Манила тұқымдастарының туысын және кейбір Ману (Үндістан) тұқымдарын қамтиды; 2-ші тұқым Пекин тобы; 3-ші тұқым Орталық Азия (CAS) тұқымдарын қамтиды; 4-ші тұқым Гана мен Харлем (H/T), Латын Америкасы Жерорта теңізі (LAM) және X тұқымдарын қамтиды; 5 және 6-шы типтер M. africanum-ке сәйкес келеді және Батыс Африкада басым түрде және жоғары жиілікте байқалады. Жетінші тип Африка мүйізінен оқшауланды. 5 және 6-шы типтер әдетте адамдарға жұқпайтын MTBC жануарлар штаммдарына жақын. 3-ші тұқым екі кладқа бөлінді: CAS Kili (Танзанияда табылған) және CAS Delhi (Үндістанда және Сауд Арабиясында табылған). 4-ші тұқым сондай-ақ Еуропалық-Америкалық тұқым деп белгілі. Бұл типтегі ішкі типтер Латын Америкалық Жерорта теңізі, Уганда I, Уганда II, Харлем, X және Конго кіреді. Көп сілтеме жасалған зерттеу M. tuberculosis-тің адам популяцияларымен бірге эволюциялағанын және M. tuberculosis кешенінің ең жақын ортақ атасы 40 000 мен 70 000 жыл бұрын пайда болғанын көрсетті. 35 елден алынған 3000-нан астам M. bovis штаммдарының талдауы осы түрдің Африкада пайда болғанын ұсынды.

The genome of the H37Rv strain was published in 1998. Its size is 4 million base pairs, with 3,959 genes; 40% of these genes have had their function characterized, with possible function postulated for another 44%. Within the genome are also six pseudogenes. Fatty acid metabolism. The genome contains 250 genes involved in fatty acid metabolism, with 39 of these involved in the polyketide metabolism generating the waxy coat. Such large numbers of conserved genes show the evolutionary importance of the waxy coat to pathogen survival. Furthermore, experimental studies have since validated the importance of a lipid metabolism for M. tuberculosis, consisting entirely of host derived lipids such as fats and cholesterol. Bacteria isolated from the lungs of infected mice were shown to preferentially use fatty acids over carbohydrate substrates. M. tuberculosis can also grow on the lipid cholesterol as a sole source of carbon, and genes involved in the cholesterol use pathway(s) have been validated as important during various stages of the infection lifecycle of M. tuberculosis, especially during the chronic phase of infection when other nutrients are likely not available. PE/PPE gene families. About 10% of the coding capacity is taken up by the PE/PPE gene families that encode acidic, glycine rich proteins. These proteins have a conserved N terminal motif, deletion of which impairs growth in macrophages and granulomas. Noncoding RNAs. Nine noncoding sRNAs have been characterised in M. tuberculosis, with a further 56 predicted in a bioinformatics screen. Antibiotic resistance genes. In 2013, a study on the genome of several sensitive, ultraresistant, and multiresistant M. tuberculosis strains was made to study antibiotic resistance mechanisms. Results reveal new relationships and drug resistance genes not previously associated and suggest some genes and intergenic regions associated with drug resistance may be involved in the resistance to more than one drug. Noteworthy is the role of the intergenic regions in the development of this resistance, and most of the genes proposed in this study to be responsible for drug resistance have an essential role in the development of M. tuberculosis. Epigenome. Single molecule real time sequencing and subsequent bioinformatic analysis has identified three DNA methyltransferases in M. tuberculosis, Mycobacterial Adenine Methyltransferases A (MamA), B (MamB), and C (MamC). All three are adenine methyltransferases, and each are functional in some clinical strains of M. tuberculosisand not in others. some strains of M. tuberculosis carry mutations in MamA that cause partial methylation of targeted adenine bases. MamA mutations causing intercellular mosaic methylation are most common in the globally successful Beijing sublineage of M. tuberculosis. In addition to M. tuberculosis, the M. tuberculosis complex (MTBC) has a number of members infecting various animal species, these include M. africanum, M. bovis (Dassie's bacillus), M. caprae, M. microti, M. mungi, M. orygis, and M. pinnipedii. This group may also include the M. canettii clade. These animal strains of MTBC do not strictly deserve species status, as they are all closely related and embedded in the M. tuberculosis phylogeny, but for historic reasons, they currently hold species status. The M. canettii clade – which includes M. prototuberculosis – is a group of smooth colony Mycobacterium species. Unlike the established members of the M. tuberculosis group, they undergo recombination with other species. The majority of the known strains of this group have been isolated from the Horn of Africa. The ancestor of M. tuberculosis appears to be M. canettii, first described in 1969. The established members of the M. tuberculosis complex are all clonal in their spread. The main human infecting species have been classified into seven lineages. Translating these lineages into the terminology used for spoligotyping, a very crude genotyping methodology, lineage 1 contains the East African Indian (EAI), the Manila family of strains and some Manu (Indian) strains; lineage 2 is the Beijing group; lineage 3 includes the Central Asian (CAS) strains; lineage 4 includes the Ghana and Haarlem (H/T), Latin America Mediterranean (LAM) and X strains; types 5 and 6 correspond to M. africanum and are observed predominantly and at high frequencies in West Africa. A seventh type has been isolated from the Horn of Africa. Types 5 and 6 are closely related to the animal strains of MTBC, which do not normally infect humans. Lineage 3 has been divided into two clades: CAS Kili (found in Tanzania) and CAS Delhi (found in India and Saudi Arabia). Lineage 4 is also known as the Euro American lineage. Subtypes within this type include Latin American Mediterranean, Uganda I, Uganda II, Haarlem, X, and Congo. A much cited study reported that M. tuberculosis has co evolved with human populations, and that the most recent common ancestor of the M. tuberculosis complex evolved between 40,000 and 70,000 years ago. An analysis of over 3000 strains of M. bovis from 35 countries suggested an Africa origin for this species.

Қазіргі адамдармен бірге эволюция

Қазіргі уақытта МТБК-ның жасы және оның адаммен бірге қалай таралып, уақыт өте келе қалай дамысқаны туралы екі параллель түсінік бар. Бір зерттеу M. tuberculosis филогенезін адам митохондриялық геном филогенезімен салыстырып, оларды өте ұқсас деп интерпретациялады. Осыған сүйене отырып, зерттеу M. tuberculosis адам сияқты Африкада пайда болып, кейіннен анатомиялық жағынан қазіргі адамдармен бірге Африкадан әлемге тарағанын көрсетті. M. tuberculosis мутациясының жылдамдығын осы түсінікке сәйкес калибрлеу арқылы зерттеу MTBC 40,000–70,000 жыл бұрын пайда болғанын ұсынды, бұл жауапкершіліктегі популяциялар мен M. tuberculosis-тің нақты туындамалары арасындағы тұрақты байланысты және/немесе ортақ мәдени және географиялық тарихпен қалыптасқан әлеуметтік өзара әрекеттесуді көрсетеді. Адам және M. tuberculosis филогенездерінің сәйкестігіне қатысты, M. tuberculosis және адам Y хромосомасы ДНК тізбектеріне сүйене отырып, олардың арасындағы корреляцияны формалды түрде бағалаған зерттеу олардың сәйкес келмейтінін анықтады. Сонымен қатар, жақында жүргізілген зерттеу, онда үш 1000 жылдық перуандық мумиядан алынған M. tuberculosis кешенінің мүшелерінің геномдық тізбектері қамтылған, M. tuberculosis кешенінің ең соңғы ортақ ата-бабасы 4,000–6,000 жыл бұрын өмір сүргенін бағалады. Bos және авторлардың бағалауынша, M. tuberculosis эволюциялық жылдамдығы. Нәтижесінде, дәлелдер MTBC ең соңғы ортақ ата-бабасының жасының осы жақындағы бағалауын және M. tuberculosis-тің жаһандық эволюциясы мен таралуының соңғы 4,000–6,000 жылда болғанын қолдайды. M. tuberculosis-тің жеті танылған туындамасының тек екеуі ғана шынымен жаһандық таралуға ие: 2 және 4 туындамалары. Олардың ішінде 4-ші туындама ең кең тараған және Америкада дерлік толық басымдыққа ие. 4-ші туындама Еуропада немесе оның жанында пайда болғаны және 13-шы ғасырдан бастап еуропалықтармен бірге жаһандық таралу алғаны көрсетілді. Бұл зерттеу сонымен қатар 4-ші туындама туберкулезінің 1492 жылы еуропалықтардың континентті ашқаннан кейін көп ұзамай Америкаға тарағанын анықтады және бұл континентте адам туберкулезінің алғашқы енгізілуін білдіреді (Колумбтан бұрын адам қалдықтарында жануарлар штамдары табылған болса да). M. tuberculosis ДНК фрагменттері және туберкулез ауруының белгілері б.з.д. 7000 жылға дейінгі Леванттағы Атлит Ямында табылған адам денелерінде кездесті.

There are currently two narratives existing in parallel regarding the age of MTBC and how it has spread and co evolved with humans through time. One study compared the M. tuberculosis phylogeny to a human mitochondrial genome phylogeny and interpreted these as being highly similar. Based on this, the study suggested that M. tuberculosis, like humans, evolved in Africa and subsequently spread with anatomically modern humans out of Africa across the world. By calibrating the mutation rate of M. tuberculosis to match this narrative, the study suggested that MTBC evolved 40,000–70,000 years ago. which could reflect either a stable association between host populations and specific M. tuberculosis lineages and/or social interactions that are shaped by shared cultural and geographic histories. Regarding the congruence between human and M. tuberculosis phylogenies, a study relying on M. tuberculosis and human Y chromosome DNA sequences to formally assess the correlation between them, concluded that they are not congruent. Also, a more recent study which included genome sequences from M. tuberculosis complex members extracted from three 1,000 year old Peruvian mummies, estimated that the most recent common ancestor of the M. tuberculosis complex lived only 4,000 – 6,000 years ago. The M. tuberculosis evolutionary rate estimated by the Bos et al. study In total, the evidence thus favors this more recent estimate of the age of the MTBC most recent common ancestor, and thus that the global evolution and dispersal of M. tuberculosis has occurred over the last 4,000–6,000 years. Among the seven recognized lineages of M. tuberculosis, only two are truly global in their distribution: Lineages 2 and 4. Among these, Lineage 4 is the most well dispersed, and almost totally dominates in the Americas. Lineage 4 was shown to have evolved in or in the vicinity of Europe, and to have spread globally with Europeans starting around the 13th century. This study also found that Lineage 4 tuberculosis spread to the Americas shortly after the European discovery of the continent in 1492, and suggests that this represented the first introduction of human TB on the continent (although animal strains have been found in human remains predating Columbus. DNA fragments from M. tuberculosis and tuberculosis disease indications were present in human bodies dating from 7000 BC found at Atlit Yam in the Levant.

Антибиотиктерге төзімділік (АБТ)

М. туберкулезі – клоналды организм және ДНК-ны көлденең гендер алмасу арқылы бөліспейді. Эволюцияның өте баяу қарқынына қарамастан, М. туберкулезінің антибиотиктерге төзімділігінің пайда болуы мен таралуы жаһандық денсаулық сақтау үшін күшейе беретін қауіпті құрайды. 2019 жылы Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы (ДДҰ) антибиотиктерге төзімді туберкулездің жаңа жағдайларда 3,4%, ал бұрын емделген жағдайларда 18% құрап, таралу деңгейі екенін хабарлады. Дәріге төзімді туберкулездің таралу көрсеткіштері географиялық тұрғыдан әртүрлі. Антибиотиктерге төзімді туберкулез (АБР-ТБ) деңгейі ең жоғары елдер – Қытай, Үндістан, Ресей және Оңтүстік Африка. Көп дәрілік препараттарға төзімді туберкулез (МДР-ТБ) кем дегенде екі бірінші қатарлы препаратқа – изониазид пен рифампинге төзімділікпен сипатталады. RRDR кодонында ең көп кездесетін мутациялар – 531, 526 және 516. Дегенмен, төзімділікті қамтамасыз ететін, анықтау қиын басқа мутациялар да анықталды. Изониазидтің әрекеті NADH-қа тәуелді эноил ацил тасымалдаушы белок (ACP) редуктаза арқылы миколь қышқылының синтезін тежеу арқылы жүзеге асады. Бұл inhA генімен кодталады. Осының салдарынан, изониазидке төзімділік негізінен inhA және KatG генінде немесе оның промоторлық аймағында – изониазидті белсендіруге қажетті каталаза пероксидазадағы мутацияларға байланысты. Бұл оның синтезінің көптеген антибиотиктердің, мысалы, изониазидтің мақсаты болуына әкелді. Алайда, олардың көпшілігіне төзімділік пайда болды. Жаңа, перспективалы терапиялық мақсат – микобактериялық мембраналық протеин үлкен 3 (MmpL3). Микобактериялық мембраналық протеин үлкен (MmpL) протеиндері – жасуша қабырғасының синтезінде және оған байланысты липидтердің тасымалында маңызды рөл атқаратын трансмембраналық протеиндер. Олардың ішінде MmpL3 маңызды; оны жою бактерицидтік әсер ететіндігі көрсетілген. Клиникалық алдындағы MmpL3 ингибиторларына төзімділік анықталғанымен, кең таралған мутациялық ландшафтты талдау ортаға төзімділіктің төмен деңгейін көрсетті. Алғашқы жағдайлар мен егіздерді зерттеулер генетикалық компоненттердің М. туберкулезіне қожайынның сезімталдығында маңызды екенін көрсетті. Жақында жүргізілген геномдық кең ассоциация зерттеулері (GWAS) үш генетикалық тәуекел локусын анықтады, оның ішінде 11p13 және 18q11 позицияларында. GWAS-тағыдай, анықталған варианттардың әсері орташа.

M. tuberculosis is a clonal organism and does not exchange DNA via horizontal gene transfer. Despite an additionally slow evolution rate, the emergence and spread of antibiotic resistance in M. tuberculosis poses an increasing threat to global public health. In 2019, the WHO reported the estimated incidence of antibiotic resistant TB to be 3.4% in new cases, and 18% in previously treated cases. Geographical discrepancies exist in the incidence rates of drug resistant TB. Countries facing the highest rates of ABR TB China, India, Russia, and South Africa. Multidrug resistant Tuberculosis (MDR TB) is characterised by resistance to at least the two front line drugs isoniazid and rifampin. The most frequently observed mutations of the codons in RRDR are 531, 526 and 516. However, alternative more elusive resistance conferring mutations have been detected. Isoniazid function occurs through the inhibition of mycolic acid synthesis through the NADH dependent enoyl acyl carrier protein (ACP) reductase. This is encoded by the inhA gene. As a result, isoniazid resistance is primarily due to mutations within inhA and the KatG gene or its promoter region a catalase peroxidase which is required to activate Isoniazid. This has led to its synthesis being the target of many antibiotics such as Isoniazid. However, resistance has emerged to the majority of them. A novel, promising therapeutic target is mycobacterial membrane protein large 3 (MmpL3). The mycobacterial membrane protein large (MmpL) proteins are transmembrane proteins which play a key role in the synthesis of the cell wall and the transport of the associated lipids. Of these, MmpL3 is essential; knock out of which has been shown to be bactericidal. Although resistance to pre clinical MmpL3 inhibitors has been detected, analysis of the widespread mutational landscape revealed a low level of environmental resistance. Early case and twin studies have indicated that genetic components are important in host susceptibility to M. tuberculosis. Recent genome wide association studies (GWAS) have identified three genetic risk loci, including at positions 11p13 and 18q11. As is common in GWAS, the variants discovered have moderate effect sizes.

ДНҚ-ны жөндеу

Ұяшық ішіндегі патоген ретінде M. tuberculosis әр түрлі ДНК-ға зиян келтіретін шабуылдарға, негізінен иесі тудырған микробқа қарсы улы радикалдарға ұшырайды. Реактивті оттегі түрлеріне және/немесе реактивті азот түрлеріне ұшырау ДНК-ның әртүрлі зақымдану түрлерін тудырады, оның ішінде тотығу, депуринизация, метилирлеу және деаминация, бұл бір және екі тізбекті үзілістерге (DSB) алып келуі мүмкін. DnaE2 полимеразасы M. tuberculosis-те бірнеше ДНК зақымдайтын факторлардың, сондай-ақ тышқандарды инфекциялау кезінде жоғары реттеледі. Бұл ДНК полимеразаның жоғалуы тышқандарда M. tuberculosis вируленттілігін азайтады. Бұл реактивті оттегі және/немесе реактивті азот түрлеріне M. tuberculosis-тің ұяшық ішіндегі әсері нәтижесінде DSB пайда болатынын, ал олар HR немесе NHEJ арқылы жазылатынын көрсетеді.

Тарих

М. туберкулезі, бұрын "дәке бациллы" деп белгілі болған, алғаш рет 1882 жылғы 24 наурызда Роберт Кох сипаттады, ол кейіннен 1905 жылы осы ашылуы үшін физиология және медицина саласындағы Нобель сыйлығын алды; бактерия "Кох бациллы" деп те аталады. М. туберкулезі тарих бойында болған, бірақ атауы уақыт өте жиі өзгеріп отырды. Дегенмен, 1720 жылы туберкулез тарихы қазіргі таныс түріне қадам баса бастады; дәрігер Бенджамин Мартен өзінің «Тұмау туралы теория» еңбегінде туберкулездің себебі ауа арқылы басқа науқастарға берілетін кішкентай тірі жандар болуы мүмкін екенін сипаттады.

Вакцина

М. bovis-тен алынған BCG вакцинасы балалық шаққа және ауыр түрдегі туберкулезге қарсы тиімді болғанымен, қазіргі таңда ең көп кездесетін ауру түрі – ересектердегі өкпе туберкулезіне қарсы тиімділігі шектеулі. Осы себепті, ол негізінен туберкулездің жоғары деңгейде таралған аймақтарда қолданылады және инфекцияға шағу қаупі төмен болғандықтан АҚШ-та ұсынылмайды. АҚШ-та бұл вакцинаны алу үшін адам М. туберкулез жөніндегі сарапшымен кеңесуден өтуі қажет, және ол тек белгілі бір критерийлерге сай келетін адамдарға ғана жасалады. Kyodo News (14 сәуір, 2020) басылымында жарияланған "Коронавирусқа қарсы күресте туберкулез вакцинасына назар аударылуда" атты мақалаға сәйкес, BCG вакцинациясы мен COVID-19-ға иммундық жауаптың жақсаруы арасындағы мүмкін байланыс көрсетілген. "Микобактерияға тән ген Инх-А қолданылып ДНҚ вакцинасын құру" деген тақырыптағы Journal of Preventive, Diagnostic and Treatment Strategies in Medicine журналының (қыркүйек, 2022) мақаласында ДНҚ вакцинасын жеке немесе BCG вакцинасымен бірге қолдануға болатыны айтылған. ДНҚ вакцинасы туберкулезді емдеуде қолданылуға және болашақта емдеу мерзімін қысқартуға жетерлік потенциалы бар.