Haemophilus influenzae (ранее называвшаяся палочкой Пфайффера или Bacillus influenzae ) — грамотрицательная , неподвижная , коккобациллярная , факультативно анаэробная , капнофильная патогенная бактерия семейства Pasteurellaceae . Бактерии мезофильные и лучше всего растут при температуре от 35 до 37 °C. [1]
H. influenzae был впервые описан в 1893 году [2] [3] Ричардом Пфайффером во время пандемии гриппа [4], когда он неправильно идентифицировал его как возбудителя, поэтому бактерии дали название «influenzae». [5] [6] H. influenzae вызывает широкий спектр локализованных и инвазивных инфекций, обычно у младенцев и детей, [7] включая пневмонию, менингит или инфекции кровотока. [8] Лечение состоит из антибиотиков; однако H. influenzae часто устойчив к семейству пенициллинов, но в легких случаях можно использовать амоксициллин/клавулановую кислоту . [9] Серотип B H. influenzae был основной причиной менингита у младенцев и маленьких детей, часто вызывая глухоту и умственную отсталость. Однако разработка в 1980-х годах вакцины, эффективной в этой возрастной группе ( вакцина против Hib ), практически устранила эту проблему в развитых странах.
Этот вид стал первым организмом, у которого был полностью секвенирован геном . [10] [11]
H. influenzae — небольшая грамотрицательная бактерия размером приблизительно от 0,3 микрометра до 1 микрометра. [12] Как и другие грамотрицательные бактерии, H. influenzae имеет тонкий слой пептидогликана , окруженный внешней мембраной, содержащей липополисахарид . [13] Некоторые типы H. influenzae содержат полисахаридную капсулу вокруг внешней мембраны, которая способствует защите и колонизации. [14] Бактерии плеоморфны , то есть форма бактерии изменчива, однако обычно она имеет форму коккобациллы или палочки. [15] H. Influenzae содержит пили, которые специализированы для прикрепления к носоглотке человека. Пили H. Influenzae , в отличие от пилей E. coli, сопротивляются раскручиванию, что обеспечивает более прочную адгезию для сопротивления выталкиванию при кашле или чихании. [16] Меньшинство нетипируемых или неинкапсулированных H. influenzae используют различные методы прикрепления, такие как пили, адгезины или белки Hia и Hap. [17] Хотя бактерии обладают пилями, они не используются для традиционного движения или подвижности, и бактерия по-прежнему считается неподвижной. [18]
Клеточная стенка бактерии H. influenzae содержит различные белки, называемые аутотранспортерами, для адгезии и образования колоний. H. influenzae предпочитает связываться со слизистыми оболочками или нереснитчатыми эпителиальными клетками, чему способствуют аутотранспортеры Hap𝘴 в клеточной стенке, связывающиеся с неизвестными рецепторами внутри эпителия. [19] Аутотранспортеры Hap𝘴 также способствуют образованию микроколоний бактерий. Эти микроколонии, вероятно, ответственны за образование различных биопленок в организме, таких как те, которые ответственны за инфекции среднего уха или легких. [19]
Пенициллинсвязывающие белки (ПСБ) катализируют этапы метаболизма пептидогликана . Они выполняют основные процессы, необходимые для построения и модификации клеточной стенки. [20] Эти белки являются мишенями, блокируемыми пенициллином и другими бета-лактамными антибиотиками , которые связываются с ПСБ, отсюда и их название. [21] Некоторые антибиотикоустойчивые изоляты H. Influenzae содержат модифицированные ПСБ, которые устойчивы к действию бета-лактамов, вырабатывая бета-лактамазы для деградации этих антибиотиков. Эта устойчивость, вероятно, вызвана мутацией N526K или заменой R517H в сочетании с другой неизвестной мутацией. Замена R517H сама по себе не имела более низкого сродства к пенициллину и, следовательно, не может вызывать устойчивость сама по себе. [20] Появление бета-лактамазы в 1970-х годах привело к изменению терапии тяжелых случаев H. influenzae с ампициллина на цефалоспорины , однако дальнейшая резистентность к цефалоспоринам возникла из-за изменений в транспептидазном домене пенициллинсвязывающего белка 3 (PBP3). [22]
Изоляты H. influenzae изначально характеризовались как инкапсулированные (имеющие внеклеточный полисахаридный слой, бактериальную капсулу ) или неинкапсулированные. Инкапсулированные штаммы были далее классифицированы на основе иммунного ответа на тип полисахаридов в их капсуле. Шесть общепризнанных типов инкапсулированных H. influenzae : a, b, c, d, e и f. [23] H. Influenzae типа b, также известный как Hib, является наиболее распространенной формой, узнаваемой по его капсуле из полирибозилрибитолфосфата (PRP), и встречается в основном у детей. [24] Типы a, e и f выделялись нечасто, в то время как типы d и c выделяются редко. Неинкапсулированные штаммы более разнообразны в генетическом отношении, чем инкапсулированная группа. [25] Неинкапсулированные штаммы называются нетипируемыми (NTHi), поскольку у них отсутствуют капсульные серотипы; Однако все изоляты H. influenzae теперь можно классифицировать с помощью мультилокусного секвенирования и других молекулярных методов. Большинство штаммов NTHi считаются частью нормальной флоры человека в верхних и нижних дыхательных путях, половых органах и конъюнктивах (слизистых оболочках глаз). [24]
H. influenzae использует путь Эмбдена-Мейерхофа-Парнаса (EMP) для гликолиза и пентозофосфатный путь , который является анаболическим, а не катаболическим . Цикл лимонной кислоты является неполным и не имеет нескольких ферментов, которые обнаруживаются в полностью функционирующем цикле. Ферменты, отсутствующие в цикле TCA, - это цитратсинтаза , аконитатгидратаза и изоцитратдегидрогеназа . [26] H. influenzae был обнаружен как в аэробных, так и в анаэробных средах, а также в средах с различным pH. [27]
H. influenzae был первым свободно живущим организмом, чей геном был полностью секвенирован. Секвенирование было завершено Крейгом Вентером и его командой в Институте геномных исследований , который теперь является частью Института Дж. Крейга Вентера . Haemophilus был выбран, потому что один из руководителей проекта, лауреат Нобелевской премии Гамильтон Смит , работал над ним десятилетиями и смог предоставить высококачественные библиотеки ДНК. Использованный метод секвенирования был методом дробовика по всему геному , который был завершен и опубликован в журнале Science в 1995 году. [10]
Геном штамма Rd KW20 состоит из 1 830 138 пар оснований ДНК в одной кольцевой хромосоме, которая содержит 1 604 гена, кодирующих белок, 117 псевдогенов, 57 генов тРНК и 23 других гена РНК. [10] Около 90% генов имеют гомологов в E. coli , другой гамма-протеобактерии . Фактически, сходство между генами двух видов составляет от 18% до 98% идентичности белковой последовательности, при этом большинство из них разделяют 40–80% своих аминокислот (в среднем 59%). [28]
Конъюгативные плазмиды (молекулы ДНК, способные к горизонтальному переносу между различными видами бактерий) часто можно обнаружить в H. influenzae . Обычно плазмида F+ компетентной бактерии Escherichia coli конъюгирует с бактерией H. influenzae , что затем позволяет плазмиде переноситься между цепями H. influenzae посредством конъюгации. [29]
Мутанты H. influenzae , дефектные в гене rec1 (гомолог recA ), очень восприимчивы к гибели под действием окислителя перекиси водорода. [30] Это открытие предполагает, что экспрессия rec1 важна для выживания H. influenzae в условиях окислительного стресса. Поскольку он является гомологом recA , rec1 , вероятно, играет ключевую роль в рекомбинационной репарации повреждений ДНК. Таким образом, H. influenzae может защищать свой геном от активных форм кислорода, продуцируемых фагоцитарными клетками хозяина, посредством рекомбинационной репарации окислительных повреждений ДНК. [31] Рекомбинационная репарация поврежденного участка хромосомы требует, в дополнение к rec1 , второй гомологичной неповрежденной молекулы ДНК. Отдельные клетки H. influenzae способны принимать гомологичную ДНК из других клеток посредством процесса трансформации . Трансформация у H. influenzae включает в себя не менее 15 генных продуктов [10] и, вероятно, является адаптацией для восстановления повреждений ДНК в резидентной хромосоме. [32]
Бактериальная культура H. influenzae проводится на агаровых пластинах. Самый сильный рост наблюдается на шоколадном агаре при 37 °C в инкубаторе, обогащенном CO2 . [ 33] Идеальная концентрация CO2 для культуры составляет ~5%. [34] Однако адекватный рост часто наблюдается на агаре с сердечно-мозговым экстрактом, дополненном гемином и никотинамидадениндинуклеотидом (НАД).
Колонии H. influenzae выглядят как выпуклые, гладкие, бледные, серые или прозрачные колонии со слабым запахом . [34] H. influenzae будет расти на кровяном агаре только в том случае, если присутствуют другие бактерии, которые высвобождают эти факторы из эритроцитов, образуя «спутничные» колонии вокруг этих бактерий. Например, H. influenzae будет расти в гемолитической зоне Staphylococcus aureus на пластинах с кровяным агаром; гемолиз клеток S. aureus высвобождает НАД, который необходим для его роста. H. influenzae не будет расти за пределами гемолитической зоны S. aureus из-за отсутствия питательных веществ в этих областях. [35]
Клинические признаки инфекции дыхательных путей могут включать начальные симптомы инфекции верхних дыхательных путей , имитирующие вирусную инфекцию, обычно связанные с субфебрильной температурой. Это может прогрессировать до нижних дыхательных путей в течение нескольких дней, с признаками, часто напоминающими признаки хриплого бронхита. Мокроту может быть трудно откашливать, и она часто серого или кремового цвета. Кашель может сохраняться в течение недель без соответствующего лечения. Многие случаи диагностируются после появления инфекций грудной клетки, которые не реагируют на пенициллины или цефалоспорины первого поколения. Рентген грудной клетки может выявить альвеолярную консолидацию. [36]
Клинический диагноз инвазивной инфекции H. influenzae (инфекции, которая распространилась на кровоток и внутренние ткани) обычно подтверждается бактериальной культурой , тестами на латексную агглютинацию частиц или тестами полимеразной цепной реакции на клинических образцах, полученных из в остальном стерильного участка тела. В этом отношении H. influenzae, культивируемый из носоглоточной полости или горла, не будет указывать на заболевание H. influenzae , поскольку эти участки колонизированы у здоровых людей. [37] Однако H. influenzae, изолированный из спинномозговой жидкости, крови или суставной жидкости, будет указывать на инвазивную инфекцию H. influenzae . Микроскопическое наблюдение окрашенного по Граму образца H. influenzae покажет грамотрицательные коккобациллы . Культивируемый организм может быть дополнительно охарактеризован с помощью тестов на каталазу и оксидазу , оба из которых должны быть положительными. Для различения капсульного полисахарида и дифференциации штаммов H. influenzae b и неинкапсулированных штаммов необходимо провести дополнительное серологическое тестирование . [ необходима ссылка ]
Несмотря на высокую специфичность, бактериальная культура H. influenzae не обладает чувствительностью. Использование антибиотиков перед сбором образцов значительно снижает уровень изоляции, убивая бактерии до того, как станет возможной идентификация. [38] Недавние исследования показали, что H. influenzae использует высокоспециализированный спектр питательных веществ, где лактат является предпочтительным источником углерода. [39]
Тест на агглютинацию латексных частиц (LAT) является более чувствительным методом обнаружения H. influenzae, чем метод культивирования. [40] Поскольку метод основан на антигене, а не на жизнеспособных бактериях, результаты не нарушаются предшествующим применением антибиотиков. Он также имеет дополнительное преимущество в том, что он быстрее, чем методы культивирования. Однако тестирование чувствительности к антибиотикам невозможно с помощью только LAT, поэтому необходима параллельная культура. [41]
Было доказано, что анализы полимеразной цепной реакции (ПЦР) более чувствительны, чем тесты LAT или культуральные тесты, и являются высокоспецифичными. [42] Эти тесты ПЦР можно использовать для капсульного типирования инкапсулированных штаммов H. influenzae . [43]
Многие микробы колонизируют организм хозяина. Колонизация происходит, когда микроорганизм продолжает размножаться внутри хозяина, без взаимодействия, не вызывая видимых признаков болезни или инфекции. H. influenzae колонизирует по-разному у взрослых и маленьких детей. Поскольку эта бактерия колонизирует быстрее у маленьких детей, они способны переносить более одного штамма одной и той же бактерии. По достижении взрослой стадии жизни человек, скорее всего, будет переносить только один штамм, поскольку эта бактерия не колонизирует так агрессивно у взрослых. Почти все младенцы подвергаются колонизации этой бактерией в течение первого года жизни. [17]
H. influenzae обычно находится внутри и на поверхности человеческого тела, но также может жить на различных сухих, твердых поверхностях до 12 дней. [44] [45] Большинство штаммов H. influenzae являются условно-патогенными; то есть они обычно живут в своем хозяине, не вызывая заболевания, но вызывают проблемы только тогда, когда другие факторы (такие как вирусная инфекция, сниженная иммунная функция или хронически воспаленные ткани, например, из-за аллергии) создают возможность. Они заражают хозяина, прилипая к клетке хозяина с помощью тримерных аутотранспортных адгезинов . [46]
Патогенез инфекций H. influenzae до конца не изучен, хотя известно, что наличие капсулы полирибозилрибитолфосфата (PRP) в инкапсулированном типе b (Hib), серотипе, вызывающем такие состояния, как эпиглоттит , является основным фактором вирулентности. [47] Их капсула позволяет им противостоять фагоцитозу и комплемент -опосредованному лизису у неиммунного хозяина. Неинкапсулированные штаммы почти всегда менее инвазивны; однако они могут вызывать воспалительную реакцию у людей, что может привести к многочисленным симптомам. Вакцинация конъюгированной вакциной Hib эффективна для профилактики инфекции Hib, но не предотвращает инфекцию штаммами NTHi. [48]
H. influenzae может вызывать инфекции дыхательных путей, включая пневмонию, средний отит, эпиглоттит (отек горла), глазные инфекции и инфекции кровотока, менингит. Он также может вызывать целлюлит (кожную инфекцию) и инфекционный артрит (воспаление сустава). [49]
Естественно приобретенное заболевание, вызванное H. influenzae , по-видимому, встречается только у людей. У здоровых детей в возрасте до 5 лет H. influenzae типа b был ответственен за более чем 80% агрессивных инфекций до введения вакцины [Hib]. [50] У младенцев и маленьких детей H. influenzae типа b (Hib) вызывает бактериемию , пневмонию , эпиглоттит и острый бактериальный менингит . [51] Иногда он вызывает целлюлит , остеомиелит и инфекционный артрит . Это одна из причин неонатальной инфекции . [52]
Благодаря рутинному использованию вакцины Hib в США с 1990 года, заболеваемость инвазивным заболеванием Hib снизилась до 1,3/100 000 у детей. [51] Однако Hib остается основной причиной инфекций нижних дыхательных путей у младенцев и детей в развивающихся странах, где вакцина не используется широко. Неинкапсулированные штаммы H. influenzae не подвержены влиянию вакцины Hib и вызывают инфекции уха ( средний отит ), инфекции глаз ( конъюнктивит ) и синусит у детей, а также связаны с пневмонией. [51]
Некоторые штаммы H. influenzae продуцируют бета-лактамазы, а также способны модифицировать свои пенициллинсвязывающие белки , поэтому бактерии приобрели устойчивость к антибиотикам пенициллинового ряда. В тяжелых случаях цефотаксим и цефтриаксон, доставляемые непосредственно в кровоток, являются избранными антибиотиками, а для менее тяжелых случаев предпочтительными являются сочетание ампициллина и сульбактама , цефалоспоринов второго и третьего поколения или фторхинолонов . ( Были обнаружены штаммы H. influenzae , устойчивые к фторхинолонам ). [53]
Макролиды и фторхинолоны обладают активностью против нетипируемых H. influenzae и могут использоваться у пациентов с аллергией на бета-лактамные антибиотики в анамнезе. [54] Однако также наблюдалась резистентность к макролидам. [55]
Серьезными осложнениями HiB являются повреждение мозга, потеря слуха и даже смерть. Хотя нетипируемые штаммы H. influenzae редко вызывают серьезные заболевания, они с большей вероятностью вызывают хронические инфекции, поскольку обладают способностью изменять свои поверхностные антигены. Хронические инфекции обычно не столь серьезны, как острые инфекции. [56]
Есть еще несколько возможных заболеваний и состояний, которые могут возникнуть из-за H. influenzae в зависимости от областей, в которых они существуют в организме человека. Эта бактерия может существовать в носовых ходах (особенно носоглотке), ушном канале и легких. Присутствие бактерии в этих областях может привести к некоторым состояниям, таким как средний отит, хроническое обструктивное заболевание легких (ХОЗЛ), эпиглоттит и астма, которые могут стать тяжелыми. [27]
Эффективные вакцины против Haemophilus influenzae серотипа b доступны с начала 1990-х годов и рекомендуются для детей младше 5 лет и пациентов с аспленией. Всемирная организация здравоохранения рекомендует пятивалентную вакцину , объединяющую вакцины против дифтерии , столбняка , коклюша , гепатита B и Hib. Пока нет достаточных доказательств того, насколько эффективна эта пятивалентная вакцина по сравнению с отдельными вакцинами. [57]
Стоимость вакцины Hib примерно в семь раз превышает общую стоимость вакцин против кори, полиомиелита, туберкулеза, дифтерии, столбняка и коклюша. Следовательно, в то время как 92% населения развитых стран были вакцинированы против Hib по состоянию на 2003 год, охват вакцинацией составил 42% для развивающихся стран и только 8% для наименее развитых стран. [58]
Вакцины Hib не обеспечивают перекрестной защиты от других серотипов H. influenzae, таких как Hia, Hic, Hid, Hie или Hif. [59]
Была разработана оральная вакцинация против нетипируемого H. influenzae (NTHi) для пациентов с хроническим бронхитом , но она не показала эффективности в снижении количества и тяжести обострений ХОБЛ . [60] Однако эффективной вакцины против других типов капсулированных H. influenzae или NTHi не существует . [ необходима цитата ]
Вакцины, нацеленные на неинкапсулированные серотипы H. influenzae, находятся в стадии разработки. [61]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь )