CC BY
6
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2010 УДК 614. 7:579. «3
Ю. П. Пивоваров, Н. И. Шеина, И. Г. Иванов, В. В. Королик, Э. Г. Скрябина
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ШТАММОВ МИКРООРГАНИЗМОВ
ГОУ ВПО Российский государственный медицинский университет Росздрава, Москва
Рассмотрены вопросы современного состояния проблемы гигиенического нормирования биотехнологических штаммов микроорганизмов.
Исследованиями, проведенными в прошлом столетии, накоплен большой экспериментальный материал по оценке неблагоприятного действия штаммов, сформулированы основные методические подходы к оценке неблагоприятного действия штаммов-продуцентов, предложена принципиальная схема проведения токсиколо-го-гигиенических исследований новых биотехнологических штаммов. Дальнейшие исследования позволили разработать классификацию по степени опасности на организм, усовершенствовать программу исследований, обосновать приоритетный список и разработать подходы к оценке профессионального микробиологического риска.
Ключевые слова: биотехнологические штаммы, классификация по степени опасности, гигиеническое нормирование, аллергенность
Yu. P. Pivovarov, N. I. Sheina, N. G. Ivanov, V. V. Korolik, E. G. Skryabina. - PROBLEMS AND PERSPECTIVES IN THE HYGIENIC REGULATION OF BIOTECHNOLOGICAL STRAINS OF MICROORGANISMS
The state-of-the-art of hygienic standardization of biotechnological strains of microorganisms is considered. The last century's investigations accumulated abundant experimental data on the estimation of the adverse effect of the strains, formulated main guidelines for evaluating the negative activity ofproducing strains, and proposed a schematic diagram for toxicological and hygienic investigations of new biotechnological strains. Further studies made it possible to elaborate their human hazard classification, to improve study programs, to substantiate a priority list, and to develop approaches to assessing the occupational microbiological risk.
Key words: biotechnological strains, hazard classification, hygienic regulation, allergenlcity
Современная биотехнология имеет большое значение практически для всех отраслей народного хозяйства. Продукция, полученная с помощью методов промышленной биотехнологии, находит применение в медицине (гормоны, вакцины, ферменты, диагностические системы), сельском хозяйстве (кормовой белок, аминокислоты, средства защиты растений и животных), химическом производстве (полисахариды, органические кислоты, спирты, кетоны биодеградируемые материалы, биокатализ), энергетике (биогаз, биодизель), экологии (биоремедиация, сохранение биоразнообразия).
В связи с совершенствованием методов получения новых биотехнологических штаммов (селекция, генная инженерия, методы молекулярной биологии) резко расширяется ассортимент используемых микроорганизмов и производимой продукции. Современная биотехнология имеет в своем арсенале широкий спектр микроорганизмов: бактерии (грамположительные и грамотрицательные), нокардиоформные актиномицеты, собственно ак-тиномицеты, микроскопические грибы.
Результаты гигиенических и токсикологических исследований промышленных микроорганизмов, начатые в середине прошлого века, свидетельствуют об их выраженном вредном влиянии на здоровье человека и окружающую среду. Имели место
Пивоваров 10. П. — акад. РАМН, проф., д-р мед. наук, зав. каф. гигиены и основ экологии человека (£1§еа@ге-ти. ги); Шеина И. И. — д-р биол. наук. гл. науч. сотр. (т_511ета@таП. ги); Иванов Н. Г. — д-р мед. наук, проф., зав. отд. токсикологии (1е1@г5ти. ги); Королик В. В. — д-р мед. наук, проф. каф. гигиены и основ экологии человека (£1§еа@гети. ги); Скрябина Э. Г. — канд. мед. наук, ст. науч. сотр. (1е1@гети. ги).
рост частоты аллергических заболеваний органов дыхания и кожи, дисбиотические нарушения у работников микробиологических производств и населения, проживающего в селитебных зонах, а также изменения природных микробиоценозов (вода водоемов и почва) [1, 3, 4, 10, 11].
Решение проблемы предупреждения вредного влияния специфических производственных выбросов на здоровье человека требовало комплексного подхода, совершенствования методических основ гигиенического нормирования и оценки риска воздействия промышленных микроорганизмов на здоровье работающих.
Большой вклад в гигиеническое нормирование биотехнологических штаммов внесли сотрудники ряда научно-исследовательских институтов, в том числе НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН. Были сформулированы методические основы оценки неблагоприятного действия штаммов-продуцентов, предложена принципиальная схема проведения токсиколого-гигиенических исследований новых биотехнологических штаммов [2, 5, 7, 8].
Согласно этой схеме, токсиколого-гигиениче-скую оценку и санитарную стандартизацию промышленных микроорганизмов целесообразно разбить на 3 основных этапа.
Первый этап включает сбор информации об интересующем исследователя микроорганизме и проведение первичной токсикологической оценки: исследование патогенных свойств нового штамма. Результатом является решение вопроса о возможности использования его в биотехнологиях. Второй этап предусматривает полную токсикологическую оценку штамма с последующим экспериментальным обоснованием норматива (ПДК в атмосфер-
:ена и санитария 5/2010
Структура (в %) массива промышленных микроорганизмов в зависимости от таксономического положения и лимитирующего показателя вредного действия. А — микроорганизмы, нормированные по аллергенному эффекту.
ном воздухе и воздухе рабочей зоны). На третьем этапе проводят клинико-гигиенические исследования с целью корректировки экспериментально установленных ПДК.
Однако многие аспекты проблемы гигиенического регламентирования микроорганизмов-про-дуцентов остаются малоизученными. Отсутствует классификация промышленных микроорганизмов по степени опасности, которая гармонично учитывала бы международные рекомендации. Не выявлены приоритетные микроорганизмы, в методическом плане не выделены наиболее информативные показатели оценки вредного действия биотехнологических штаммов и, наконец, не разработаны подходы к оценке риска воздействия биологического фактора на здоровье человека.
В эксперименте оценили характер вредного действия новых биотехнологических штаммов, принадлежащих к различным таксономическим группам (бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы).
При однократном введении высоких доз биотехнологических штаммов изучили патогенность (вирулентность, токсигенность, скорость проникновения в кровь, диссеминация в крови и внутренних органах) [5].
При длительном ингаляционном воздействии биотехнологических штаммов изучили общетокси-
ческое действие (динамика массы тела, анализ состава периферической крови, показатели функционального состояния нервной системы, почек, печени), специфические показатели взаимодействия микроорганизм—макроорганизм (раздражающее и дисбиотическое действие, иммунотоксич-ность и диссеминация во внутренние органы) [2].
Оценка иммунотоксической активности штамма-продуцента включала изучение показателей клеточного звена иммунной системы, антигенно-сти, иммуномодулирующего и сенсибилизирующего эффектов. Для оценки дисбиотического эффекта использовали качественную и количественную характеристики аутомикрофлоры кишечника.
Основными показателями вредного действия промышленных микроорганизмов являются имму-нотропный и дисбиотический эффекты, проявление которых зависит от таксономической характеристики биотехнологических штаммов, а выраженность эффектов — от воздействующей концентрации/дозы [9, 12—16].
Длительное воздействие большинства штаммов приводило к изменению баланса иммунокомпе-тентных клеток в сторону снижения содержания Т-и увеличения уровня B-лимфоцитов, при этом наиболее информативным показателем явилось соотношение иммунокомпетентных клеток (Т/В).
В периферической крови экспериментальных животных наблюдалось значительное увеличение количества эозинофилов, которое служит признаком аллергеноопасности штаммов, хотя не исключено непосредственное участие эозинофилов в сенсибилизации организма, опосредованное через Fc-рецепторы этих клеток к IgE. При этом формировалась гиперчувствительность немедленного типа, опосредованная антителами-реагинами, которую определяли в прямой реакции дегрануляции перитонеальных тучных клеток. Наряду с этим отметили формирование гиперчувствительности замедленного типа, опосредованной Т-лимфоци-тами.
Дисбаланс микроэкологии кишечника выражался в изменении концентрации и частоты высе-ваемости Е. coli и других представителей условно-патогенной микрофлоры, а также в снижении со-
Таблица 1
Гигиеническая классификация промышленных микроорганизмов по степени опасности воздействия на организм
Показатели
1-й класс
2-й класс
3-й класс
4-й класс
Показатели патогенности: пороговая доза, кл/жив минимальная доза высевания, кл/жив диссеминация в кровь и органы, дни ПДК„„ кл/м3 ПДК,., кл/м5 ит«,,,^,, кл/м1 Ь'пи^т. кл/м3 ит^аь, кл/м3
< 10' < 10'
1—30 (диссеминация) Не рекомендуются к использованию в биотехнологической промышленности
> 10' > 10'
1 — 15 (персистирование)
< 5
< 5
< 5
< 5
< 5
103 102 I04 10< 10'
> 5
> 5
> 5
> 5
> 5
103 10* 104 104 10»
Примечание, кл/жив — доза клеток на животное; 1-й класс — особо опасные инфекции; 2-й класс — опасные микроорганизмы, возбудители других инфекционных заболеваний; 3-й класс — умеренно опасные микроорганизмы; 4-й класс - малоопасные микроорганизмы. итс(11ст, йтс|1 итсКЛ, — пороги хронического действия соответственно по сенсибилизирующему, иммунологическому и дисбактериологическому (диссеминационному) эффектам
Таблица 2
Характеристика категорий риска профессионально обусловленных нарушений здоровья работников биотехнологических предприятий
Категория риска
Класс условий трула
Характер и степень выраженности клинических проявлений
Малый Низкий
Средний
2-й (допустимый < ПДК) 3.1 (вредный) 1-10 ПДК
Клинические проявления не выявлены
Ранние признаки бронхолегочной патологии: сухой кашель, ошушенис першения в носу и горле, сухость слизистой носа, а также зуд кожи и отечность, миконоситель-ство у лиц, имеющих контакт с микромицетами.
Повышенная заболеваемость с временной утратой трудоспособности, в том числе органов дыхания
3.2 (вредный) 10—100 ПДК Увеличение частоты неспецифических заболеваний органов дыхания (трахеит, хронический бронхит, пневмония) в 2,5 раза, увеличение числа положительных серологических реакций и аллергологических тестов, снижение количества Т-лимфоцитов и увеличение уровня В-лимфоцитов, миконосительство у работающих,, контактирующих с микромицетами
Аллергический ринит, астматический бронхит, бронхиальная астма, дерматиты, рецидивирующая крапивница, микозы стоп, ладоней и ногтей
Выше среднего 3.3 (вредный) > 100 ПДК
держания бифидобактерий и лактобацилл, поддерживающих гомеостаз микроэкологии кишечника.
Использование математических методов (корреляционный, регрессионный кластерный анализы) обработки полученных результатов позволило выявить гигиенически значимые показатели вредного действия промышленных микроорганизмов, усовершенствовать программу их исследования и обосновать приоритетный список промышленных микроорганизмов.
По степени выраженности аллергенных свойств выделили 3 группы микроорганизмов: 1-я — с выраженными сенсибилизирующими свойствами, микроорганизмы входят в список приоритетных в плане аллергоопасности, 2-я — со слабо выраженными аллергенными свойствами, 3-я — не проявляющие аллергенных свойств даже в больших концентрациях.
Разработали гигиеническую классификацию промышленных микроорганизмов по степени опасности воздействия на организм. Она включает комплекс гигиенически значимых показателей, характеризующих патогенные свойства микроорганизмов, пороговые концентрации при хроническом ингаляционном воздействии по иммунотроп-ному, сенсибилизирующему и дисбиотическому эффектам, ПДК в воздухе рабочей зоны (ПДК,,.,) и ПДК в атмосферном воздухе (ПДК,,,) (табл. 1). Классификацию унифицировали с рекомендациями международных организаций (Европейская федерация по биотехнологии — Organisation of Eco-nomical Cooperation and Development).
В результате многосторонних исследований в настоящее время установлено около 200 ПДК микроорганизмов и микробиологических препаратов в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест [6J.
Создан информационный банк данных по оценке их токсичности и опасности. На основе анализа банка данных выявили, что большинство штаммов-продуцентов, принадлежащих к различным таксономическим группам (грибы, бактерии, акти-номицеты), обладают аллергенными свойствами (см. рисунок). Это еще раз подчеркивает актуальность обсуждаемой проблемы и необходимость регламентирования микроорганизмов в объектах окружающей среды.
Для оценки профессионального микробиологического риска на основе обобщения собственных результатов и данных литературы разработали классификацию степени опасности промышленных микроорганизмов для здоровья работающих в зависимости от кратности превышения ПДК. Она отражает связь между величиной действующей концентрации и выраженностью нарушений здоровья работающих. Выделили 4 категории риска: малый, когда концентрация микробного аэрозоля в воздухе производственных помещений ниже ПДК, низкий (1 — 10 ПДК), средний (превышение ПДК в 10—100 раз) и выше среднего (превышение ПДК более чем в 100 раз) (табл. 2). Данный подход отражает априорную (предварительную) оценку профессионального микробиологического риска. Для дальнейшего решения этой проблемы необходимы новые научные разработки.
Развитие дальнейших исследований по обеспечению безопасности населения Российской Федерации при контакте с промышленными микроорганизмами связано с совершенствованием гигиенического нормирования и развитием методологии оценки риска микробиологического фактора. Необходимо разработать методические подходы к гигиеническому нормированию генно-инженерных микроорганизмов, которые будут использоваться в биотехнологиях. Актуален вопрос о лимитирующем содержании штаммов в воде водных объектов. По указанной проблеме накоплено достаточное количество научных данных, что позволяет предложить программу исследований по гигиеническому нормированию промышленных микроорганизмов в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.
Л итература
1. Артамонова В. Г., Свитина Н. Н. // Гиг. труда. — 1991. — № 3. - С. 31-33.
2. Методические указания по экспериментальному обоснованию ПДК микроорганизмов-продуцентов и содержащих их готовых форм препаратов в объектах производственной и окружающей среды. № 5789/1-91. — М., 1991.
3. Немыря В. И.. Влодавец В. В. Охрана окружающей среды от выбросов предприятий микробиологической промышленности. — М., 1979.
4. Омельянец Т. Г. Гигиенические аспекты изучения биологического загрязнения объектов окружающей среды: Материалы X Всесоюзной конф. — М., 1988. - Ч. 2. — С. 48-50.
]»[игиена и санитария 5/2010
5. Пивоваров Ю. П., Мялина Л. И., Королик В. В. Критерии оценки патогенных свойств штаммов-продуцентов, предлагаемых для использования в промышленности микробиологического синтеза: Метод, рекомендации. — М., 1992.
6. Предельно допустимые концентрации (ПДК) микроорганизмов-продуцентов, бактериальных препаратов и их компонентов в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны: Сборниг гиг. нормативов / Иванов Н. Г., Далин М. В., Сергеюк Н. П. и др. — М„ 2007.
7. Рахманин Ю. А., Багдасарьян Г. А., Немыря В. И., Сергеюк Н. П. // Гиг. и сан. - 2001. - № 1. - С. 12-15.
8. Сергеюк Н. П. Научные основы оценки опасности и гигиенической регламентации промышленных микроорганизмов: Дис... . д-ра мед. наук. — М., 2004.
9. Скрябина Э. Г., Шеина И. И. // Rus. J. Immunol. - 2004. -Vol. 9. — Suppl.: Объединенный иммунологический форум. - P. 123.
10. Соседова Л. М., Рукавишников В. С., Шаяхметов С. Ф. // Медицина труда и пром. экол. — 2003. — № 3. — С. 13—19.
11. Трухина Г. М. Теоретические основы и критерии оценки микробного загрязнения окружающей среды: Автореф. дис... . д-ра мед. наук. — М., 1993.
12. Шеина Н. И. // Материалы IV Всероссийского конгресса "Профессия и здоровье". Москва, 25—27 октября 2005. — С. 164-165.
13. Шеина Н. И., Буданова £. В. Ц Токсикол. вестн. — 2005. — № 5. - С. 23-27.
14. Шеина И. И., Скрябина Э. Г., Иванов Н. Г. Ц Токсикол. вест. - 2005. - № 3. - С. 12-15.
15. Шеина Н. И. // Вестн. РГМУ. - 2007. - № 3 (56). -С. 66-71.
16. Шеина Н. И. Ц Медицина труда и пром. экол. — 2007. — № 11. - С. 21-26.
Поступила 28.01.10
С В. П. СЕРГИЕВ, 2010 УДК 612. 017. 1:578. 828. 6
В. П. Сергиев
ГИПОТЕЗА ФОРМИРОВАНИЯ НЕВОСПРИИМЧИВОСТИ ЧЕЛОВЕКА К ВИРУСУ ИММУНОДЕФИЦИТА
Институт медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е. И. Марциновского ММА. им. И. М. Сеченова, Москва
Представлен обзор по генетике различных патогенов и особенностях их взаимодействия с хозяином. Основное внимание уделено вирусу иммунодефицита человека (ВИЧ-1), теории его происхождения, времени и месту его первичного появления. Рассмотрен вопрос о механизме защиты человека от ВИЧ, в котором ведущая роль отводится мутациям CCRS-рецептора, и в частности мутантному CCR5-32. Высказана гипотеза о внеафриканском происхождении вируса иммунодефицита человека.
Кл ючевыс слова: генетика, мутации, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ-1), СПИД, патогены, аллели
V. P. Sergiev. - HYPOTHESIS FOR THE FORMATION OF HUMAN UNRESPONSIVENESS TO IMMUNODEFICIENCY VIRUS
The paper reviews data on the genetics of various pathogens and the specific features of their host interactions. Particular emphasis is laid on human immunodeficiency virus (HIV-1), its origin theory, the time and site of its primary manifestations. The mechanism of human protection against HIV, in which the leading role is played by CCR5 receptor mutations, mutant receptor CCR5-32 in particular, is considered. The extra-African origin of HIV is hypothesized.
Key words: genetics, mutations, human immunodeficiency virus (HIV-1), AIDS, pathogens, alleles
Паразитами, т. е. организмами, которые постоянно или временно используют организмы других видов в качестве среды обитания и/или источника пищи, являются все без исключения возбудители болезней человека, животных и растений. Все немногие непаразитические виды, к которым относится и человек, являются хозяевами паразитов. Гонка за выживание между хозяином и паразитом приводит к необходимости постоянного усовершенствования и невозможности прекращения эволюции. Это особенно важно для хозяина, так как в силу более быстрой смены поколений паразиты эволюционируют быстрее. Передача генов микроорганизмов с помощью плазмид и бактериофагов и способность патогенов к мутации позволяют появляться более вирулентным и лекарственно-устойчивым штаммам возбудителей в течение месяцев и лет. Для сравнения — изменения генома человека требуют десятилетий или даже столетий для ответных реакций на селективный пресс патогенов. Поэтому гонка за выживание — это не отвлеченный элемент эволюционной теории, а постоянное соперничество генома человека с геномами окружаю-
Сергиев В. П. — д-р мед. наук, проф., акад. РАМН, дир. ин-та (119435, Москва, М. Пироговская ул., 20).
щих его патогенов [5]. По мнению Лауреата Нобелевской премии Дж. Ледерберга (J. Lederberg), воздействие патогенов, и прежде всего вирусов, на геном человека привело к эволюционному отделению Homo sapiens от других гоминид и формированию человека как отдельного вида [9].
Первым обратил внимание на причинную связь полиморфизма человека и инфекций в 1949 г. Дж. Халдан (J. Haldane), который постулировал, что инфекции являются одним из основных селективных прессов для человеческой эволюции и приводят к полиморфизму Homo sapiens [8]. В настоящее время в человеческом геноме обнаружено более 2 млн нелетальных мутаций, большинство из которых достаточно редки. Однако несколько сотен известных генных вариантов или однонуклеотидных полиморфизмов встречаются у 5—50% населения |4]. Некоторые из этих генетических аберраций влияют на исход инфекций, обеспечивая резистентность носителя к определенным возбудителям или оказывая митигирующее воздействие на клиническое течение, существенно снижая вероятность летального исхода болезни. Защитные мутации в человеческом геноме увеличивали вероятность выживания, поэтому люди наследовали эти изменения.
