Абдуллаходжаева М.С.¹, Крахмалев В.А.², Пайзиев А.А.²
1 - Патолого-анатомический центр при Министерстве здравоохранения Республики Узбекистан
2 - Институт электроники Академии наук Республики Узбекистан

Автор, ответственный за переписку: Пайзиев А.А. - кандидат физико-математических наук , старший научный сотрудник, Институт электроники Академии наук Республики Узбекистан; e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Резюме

Целью исследования явилось обнаружение наличия цианобактерий на слизистой оболочке шейки матки женщин. Для этого отбирались мазки с шейки матки женщин, госпитализированных в Республиканский Онкологический Научный Центр при МЗ РУз (г.Ташкент) по поводу удаления опухолей шейки матки, яичников и воспалительных процессов мочеполовой системы. При этом, в отличие от традиционных лабораторных методов исследования, в данной работе использован метод отражательной световой микроскопии для анализа поверхности клеточных мембран. Наряду с обнаруженными новыми морфологическими маркерами опухолевых процессов на клеточном уровне в мазках наблюдались также структуры по морфологии идентичные хорошо известным цианобактериям. Исследовано 600 мазков с шейки матки женщин с различным диагнозом заболевания мочеполовой системы женщин. Показано, что в 7% мазков обнаруживаются нитеобразно расположенные ряды клеток цианобактерий (сине-зеленых водорослей) или ветвящиеся многоклеточные их скопления. Описывается характерная морфоструктура этих простейших микроорганизмов, впервые наблюдавшаяся в данной работе в мазках с шейки матки.

Введение

Для биологов в настоящее время сине-зеленые водоросли (CPD) – это низшие растения (Thallobionta), относящиеся к подцарству таломные предъядерные. Микробиологи же, беря за основу характерные морфологические признаки, особенности клеточной ультраструктуры, физиолого-биохимические свойства сине-зеленых водорослей, называют эти же прокареотические клетки цианобактериями (ЦБ) [1]. После длительных научных споров и дискуссий о таксономии сине-зеленых водорослей на очередном международном ботаническом конгрессе (Австралия, 1981) было решено сохранить двойную терминологию для обозначения этих простейших организмов, а именно: «сине-зеленые водоросли - цианобактерии».

В природе виновники спора обычно представлены одноклеточными, колониальными и многоклеточными скоплениями. Клетки цианобактерий имеют сферическую, палочковидную или изогнутую форму [2]. После ряда делений удерживаются вместе с помощью окружающего их специфического чехла [3] образующегося за счет ослизнения пектиновой клеточной стенки или выделения собственной слизи. Минимальные размеры диаметров сферических одиночных клеток, например вида Cyanothece, колеблются от 0.8-1.5 мкм до 1.8-2.5 мкм, максимальные – от 4.5-6.5 мкм до 7.5-8.5 мкм [1]. Цианобактерии из рода Synechococus имеют палочковидную форму диаметром 1.7-2.3 мкм, они неподвижны, размножаются бинарным делением в одной плоскости. Цианобактерии из рода Cyanobium также палочковидной формы диаметром 0.8-1.14 мкм чехол не образуют.

Главная особенность цианобактерий- это элементарнейшая простота строения их клеток. В них нет обособленного ядра, хлоропластов, митохондрий и вакуолей с клеточным соком [4, 5]. Клеточная стенка цианобактерий многослойная. Состоит из нескольких мембран, пропитанных пигментами в разных количественных соотношениях: фикоцианином, муреином, каротиноидами, фикоэритрином, хлорофиллом и др. [7]. Наружная мембрана у некоторых видов цианобактерий имеет белковый слой, состоящий из наноглобул. Глобулы же ориентированы в гексагональные структуры [8]. Полость клеток заполнена цитоплазмой, в которой в связи с этим различают два слоя: электронноплотный пристенный мембранный слой - так называемую хроматофору и центроплазму - бесцветную центральную часть, содержащую ДНК [6].

Элементарная структура клеток ЦБ их уникальная способность фиксировать молекулярный азот обусловила лабильность их метаболизма и высокую степень приспособляемости к жестким климатическим условиям на нашей планете. Палеонтологические исследования [10] показали, что цианобактерии уже были широко представлены в микрофлоре раннего, среднего и позднего докембрия (около 3 млрд лет тому назад).

Размножение у цианобактерий преимущественно вегетативное. Одноклеточные цианобактерии размножаются путем дробления на несколько частей. Многоклеточные же (в виде нитей, цепочек) размножаются путем распада на части. Нити клеток распадаются у основания так называемых гетероцист [9]. Гетероцисты - это те же клетки в нитеобразных цепочках цианобактерий но чуть крупнее остальных. У них толще клеточная оболочка. Образовавшийся участок нити, служащий для вегетативного размножения называется гормогонием. Таким образом, у цианобактерий (СЗВ) половое размножение отсутствует. Также нет специализированных органов размножения.

Перечисленные выше особенности клеточного строения и особенности организации структурно-функциональных систем позволяют цианобактериям успешно противостоять солнечной инсоляции, ультрафиолетовому облучению, резким перепадам температур (от -80С до +75С), радиоактивному облучению (до 1230Ки\ч), переносить засуху, сохраняя жизнеспособность порядка 100 лет [1,5,11]. Свойства цианобактерий выдерживать сверхбольшие дозы облучения проникающей радиации способствует их распространению на почвах даже в районах ядерных испытаний. Велика роль цианобактерий и в освоении промышленных отвалов, которые практически долгое время остаются стерильными [11]. Первыми же поселенцами в этих экосистемах, как всегда, являются цианобактерии. Любые иные условия жизни для цианобактерий можно считать благоприятствующими.

В литературе достаточно широко описана способность цианобактерий образовывать токсичные вещества, помимо весьма полезных и безвредных [12]. Впервые сообщение о токсическом действии цианобактерий, вызывающих «цветение» воды, появилось в печати более 100 лет назад [13] и ограничивалось в основном описанием случаев массовой гибели животных, рыб, водоплавающих птиц , отравлений человека. О специфическом паразитизме цианобактерий в органах каких-либо животных или человека ничего не известно. Однако, есть сведения, что токсичные цианобактерии, особенно в период «цветения» воды, могут вызывать гастроэнтериты, желудочно-кишечные расстройства а также явления аллергического характера, контактные воспаления и раздражения кожи [14].

Таковы вкратце сведения о морфологических, структурных и физико-химических особенностях цианобактерий. Обнаружение же их в мазках из полового органа женщин представляет несомненный практический и научный интерес.

Материалы и методы исследования

Мазки с шейки матки женщин готовились по общепринятой методике препарирования таких объектов [15]. Материал (непосредственно после взятия пробы) распределялся в виде тонкого слоя на обезжиренном предметном стекле. Сначала мазки с шейки матки после высыхания исследовались под оптическим микроскопом в отраженном свете при 1000 кратном увеличении. Использовался отражательный световой металлографический микроскоп фирмы Карл Цейс (Йена). Затем они после окрашивания мазков методами Романовского-Гимзы и Папаниколау изучались на просвет в обычном световом микроскопе. Особенности цитологического строения отдельных элементов мазка с помощью видеокамеры заносились в память персонального компьютера. Было исследовано 600 мазков, в основном, с диагнозами воспаления, доброкачественных и злокачественных опухолей.

Результаты исследования

C цитологической точки зрения интересен рис.1, на котором отснят фрагмент нитеобразной цепочки клеток цианобактерий мазка с шейки матки женщины с диагнозом постменопаузальный период. Клетки в цепочках палочковидные, слегка дугообразные, без каких либо жгутиков. На фоне мазка контрастновидные, при косом освещении кажутся темно-синими. Клетки через равные промежутки следуют друг за другом без каких либо контактов меду собой. Почти всегда ряды-цепочки из клеток цианобактерий при размножении ориентируются вдоль условной прямой линии, слегка суживаясь к одному из концов цепочки или резко обрываясь. На поверхности одного из мазков с шейки матки было обнаружено 10 нитеобразных структур наибольшая ширина нитей из клеток составляла 12-16 мкм. Диаметр клеток в стационарной фазе развития не превышал 2.0 мкм

При исследовании мазков с нитеобразным расположением клеток выявилась и такая особенность морфообразования цианобактерий, как наложение одного или нескольких рядов клеток друг на друга, а также расположение нескольких рядов-цепочек из клеток ЦБ параллельно друг другу. При этом клетки в нитях не соприкасаются друг с другом с помощью жгутиков хотя наблюдается ориентационное влияние одной цепочки клеток на другую. На поверхности мазков наблюдались и наложения одной нити клеток на другую под различными углами. Но и в этом случае клетки ЦБ каждого ряда располагались в ряд вдоль своей условной прямой линии.

На рис.2 изображен фрагмент нитеобразной цепочки клеток ЦБ с шейки матки больной с диагнозом полип полости матки, дисплазия эпителия 2 степени. Мазок окрашен по методу Папаниколау. Судя по фотографиям на рис.2, палочкообразные клетки ЦБ, составляющие нитчатое образование, состоят в свою очередь из цепочки индивидуальных сферических клеток диаметром 2.0 мкм. В каждой палочковидной клетке нитчатого ряда насчитывается от 7 до 8 сферических вздутий диаметром 2.0 мкм, по видимому, это элементарные одиночные ЦБ. Их можно увидеть отдельнолежащими по бокам нитеобразных рядов клеток на рис.2. Подобное «тонкое» строение палочковидных клеток нитчатого ряда удалось рассмотреть лишь после обработки мазка по Папаниколау. Очевидно, в процессе окрашивания мазка слизь, покрывающая и склеивающая одиночные сферические клетки в палочкообразных ЦБ частично растворилась, а затем была смыта. Удачным оказалось в этом случае исследование и использование отраженного пучка света, усиливающего неровности поверхности палочкообразных ЦБ. Сферические индивидуальные ЦБ, входящие в состав каждой палочкообразной темной клетки, лежат весьма плотно друг к другу. Можно предположить, что они соединены между собой тончайшими молекулярными нитями- плазмодесмами, которые обнаруживаются при электронно-микроскопических исследованиях ЦБ [5]. Определить точное микробиологическое название обнаруженных представителей альгофлоры по Бактериологическому коду и просмотру ряда литературных источников авторам не удалось.

Морфоструктуры ЦБ, приведенные на рис.1-2 данного сообщения, представляют собой малую часть отснятого материала мазков, на которых зафиксированы и другие не менее интересные особенности морфостроения нитчатых образований.

Помимо нитчатых цепочек ЦБ в мазках с шейки матки женщин обнаружен и другой вид ЦБ (рис.3). Это многоклеточные образования с характерным для них V –образным ветвлением. По своему морфологическому строению они визуально похожи на ЦБ вида Nostoc, фотоснимки которых приведены в монографии [1]. Будут ли обнаружены другие виды ЦБ покажут дальнейшие исследования и, возможно, работы ученых и практиков медицины, заинтересовавшихся удивительным фактом присутствия и развития ЦБ в половом органе женщин.

В заключение с сожалением отмечаем, что нам не удалось раскрыть конкретные условия появления ЦБ в половом органе женщин а также понять природу прямолинейного расположения клеток ЦБ на равных расстояниях. Какие физико-химические силы обуславливают такой характер расположения этих древнейших клеток нашедших приют на слизистых оболочках человеческого организм пока не ясны.

Рисунки

Рис.1. Фрагмент нитеобразного ряда ЦБ на мазке с шейки матки больной с диагнозом постменопаузальный период.

Мазок № S2020054. Мазок не фиксировался и не окрашивался. Цифрами (стрелки) обозначены индивидуальные ряды клеток ЦБ. Отдельно лежащая сферическая клетка ЦБ с диаметром 2.0 мкм обозначена стрелкой А. Гормогония – стрелкой 4.

Рис.2. Фрагмент нитеобразного ряда ЦБ на мазке с шейки матки больной с диагнозом полип полости матки, дисплазия 2 степени. Обработка мазка №115-09 раствором Папаниколау. Гормогонии обозначены стрелкам.

Рис.3. Многоклеточные V образно ветвящиеся ЦБ обнаружены в необработанных мазках с шейки матки женщин:

а - больная с диагнозом кальпит, эрозия шейки матки. Мазок №136-09;

b – больная с диагнозом перименопауза; климакс легкой степени. Вульвит климактерический. Мазок №166-09.

Авторы благодарят Желандинова Р.К. за оказание технической помощи при проведении исследований биопрепаратов.

Литература

1. Андреюк Е.И., Коптева Ж.П., Занина В.В. Цианобактерии.г. Киев: Нукова Думка; 1990.

2. Fogg G.E.,.Stewart W.D.P, Fay P., Walsby A.E. The blue-green algae.London- New York: Acad press; 1973.

3. Kale S.R., Bahal M., Talpasayi E.R.S. Wall development and tetrazolinum chloride reduction in heterocysts of blue-green algae Anabaena embigua.- Experientia, 1970; .25: 605-6.

4. Гусев М.В., Никитина К.А. Цианобактерии (физиология и метаболизм)- М: Наука; 1979.

5. Drews G. Cytology and morphogenesis of prokaryotic cell. Progress in Botany 1982; 44: 14-21.

6. Carr N.G., Whitton B.A. The biology of Cyanobacteria.- Berkeley: Univ. Cal. Press; 1982.

7. Пиневич А.В., Худяков И.Я., Мамкаева К.А. и др. Функциональная структура цианобактерий.-Л: Изд-во Ленинградского Университета; 1986.

8. Sleytz U.B., Wessher P. Crystalline surface layers on bacterial cell walls: structure, chemistry, assembly and function.- Intern.Rev. Cytol., 1978; .53: 1-64.

9. Хржановский В.Г., Пономаренко С.Ф. Ботаника. М: Агропромиздат; 1988.

10. Barghoorn E.L., Schopf J.W. Microorganisma three billion years old from the pre-cambrian of south Australia.- Science 1966; 152: 758-63.

11. Штина Э.А. Почвенные водоросли как пионеры зарастания техногенных субстратов и индикаторы состояния нарушения земель. Журнал общей биологии 46: 435-44.

12. Судьина Е.Г., Шиюкова Е.И., Костлан Н.В., Мушак П.А., Тупик Н.Ф. Биохимия синезеленых водорослей ю- Киев: Наукова Думка; 1978.

13. Francis G., Poisonous Australian lake. Nature 1878; 18; 11.

14. Schwimmer D., Schwimmer M. The role of algae and phуtoplankton in medicine. New York, 1955.

15. Ронин В.С., Старобинец Г.М. Руководство к практическим занятиям по методам клинических лабораторных исследований.- М: Медицина; 1989.