Listeria monocytogenes — это вид патогенных бактерий , вызывающих инфекцию листериоз . Это факультативная анаэробная бактерия, способная выживать в присутствии или отсутствии кислорода. Она может расти и размножаться внутри клеток хозяина и является одним из самых вирулентных пищевых патогенов. Двадцать-тридцать процентов пищевых листериозных инфекций у лиц с высоким риском могут быть смертельными. [1] [2] [3] В Европейском союзе листериоз продолжает тенденцию к росту, которая началась в 2008 году, вызвав 2161 подтвержденный случай и 210 зарегистрированных случаев смерти в 2014 году, что на 16% больше, чем в 2013 году. В ЕС показатели смертности от листериоза также выше, чем от других пищевых патогенов. [4] [5] Листериоз , ежегодно являющийся причиной около 1600 заболеваний и 260 смертей в Соединенных Штатах ,занимает третье место по общему числу смертей среди пищевых бактериальных патогенов, а показатели смертности превышают даже показатели Salmonella spp. и Clostridium botulinum .
Названная в честь Джозефа Листера , Listeria monocytogenes является грамположительной бактерией , в типе Bacillota . Ее способность расти при температурах до 0 °C позволяет размножаться при типичных температурах охлаждения, что значительно увеличивает ее способность избегать контроля в продуктах питания человека. Подвижная с помощью жгутиков при 30 °C и ниже, но обычно не при 37 °C, [6] L. monocytogenes вместо этого может перемещаться внутри эукариотических клеток путем взрывной полимеризации актиновых нитей (известных как хвосты кометы или актиновые ракеты). [3] После того, как Listeria monocytogenes попадает в цитоплазму хозяина , множественные изменения в метаболизме бактерий и экспрессии генов помогают завершить ее метаморфоз из обитателя почвы во внутриклеточный патоген. [7]
Исследования показывают, что до 10% желудочно-кишечного тракта человека могут быть колонизированы L. monocytogenes . [1] Тем не менее, клинические заболевания, вызванные L. monocytogenes , чаще распознаются ветеринарами , особенно как менингоэнцефалит у жвачных животных . См.: листериоз у животных .
Из-за его частой патогенности , вызывающей менингит у новорожденных (приобретенный трансвагинально), беременным женщинам часто советуют не есть мягкие сыры, такие как бри , камамбер , фета и queso blanco fresco , которые могут быть загрязнены и способствовать росту L. monocytogenes . [8] Это третья по частоте причина менингита у новорожденных. Listeria monocytogenes может инфицировать мозг, оболочки спинного мозга и кровоток хозяина [9] через употребление зараженной пищи, такой как непастеризованные молочные продукты или сырые продукты. [10]
L. monocytogenes — грамположительная , неспорообразующая , подвижная, факультативно анаэробная палочковидная бактерия. Она каталазоположительная и оксидазоотрицательная и экспрессирует бета- гемолизин , который вызывает разрушение эритроцитов. Эта бактерия проявляет характерную кувыркающуюся подвижность при наблюдении с помощью светового микроскопа. [11] Хотя L. monocytogenes активно подвижна с помощью перитрихиальных жгутиков при комнатной температуре (20−25 °C), организм не синтезирует жгутики при температуре тела (37 °C). [12]
Род Listeria относится к классу Bacilli и порядку Bacillales, в который также входят Bacillus и Staphylococcus . В настоящее время Listeria содержит 27 видов: Listeria aquatica, Listeria booriae, Listeria cornellensis, Listeria cossartiae, Listeria costaricensis, Listeria farberi, Listeria fleischmannii, Listeria floridensis, Listeria goaensis, Listeria grandensis, Listeria grayi, Listeria immobilis, Listeria innocua, Listeria ivanovii, Listeria marthii, Listeria monocytogenes, Listeria murrayi, Listeria newyorkensis, Listeria portnoyi, Listeria riparia, Listeria rocourtiae, Listeria rustica, Listeria seeligeri, Listeria thailandensis, Listeria valentina, Listeria weihenstephanensis, Listeria welshimeri . L. denitrificans , ранее считавшийся частью рода Listeria , был переклассифицирован в новый род Jonesia . [13] Оба вида L. ivanovii и L. monocytogenes патогенны для мышей, но только L. monocytogenes последовательно ассоциируется с заболеваниями человека. [14] 13 серотипов L. monocytogenes могут вызывать заболевания, но более 90% человеческих изолятов принадлежат только к трем серотипам: 1/2a, 1/2b и 4b. Штаммы L. monocytogenes серотипа 4b ответственны за 33–35% спорадических случаев заболеваний людей во всем мире и за все крупные вспышки пищевых заболеваний в Европе и Северной Америке с 1980-х годов. [15]
L. monocytogenes был впервые описан Э. Г. Д. Мюрреем (Эверитт Джордж Данн Мюррей) в 1924 году на основе шести случаев внезапной смерти молодых кроликов и опубликовано описание со своими коллегами в 1926 году. [16] Мюррей называл этот организм Bacterium monocytogenes до того, как Харви Пири изменил название рода на Listeria в 1940 году. [17] Хотя клинические описания инфекции L. monocytogenes у животных и людей были опубликованы в 1920-х годах, она не была признана значимой причиной неонатальной инфекции , сепсиса и менингита до 1952 года в Восточной Германии . [18] Листериоз у взрослых позже был связан с пациентами, живущими с ослабленной иммунной системой, такими как люди, принимающие иммунодепрессанты и кортикостероиды для лечения злокачественных новообразований или трансплантации органов, а также с людьми с ВИЧ-инфекцией. [19]
Однако L. monocytogenes не была идентифицирована как причина пищевых заболеваний до 1981 года. Вспышка листериоза в Галифаксе , Новая Шотландия , включавшая 41 случай и 18 смертей, в основном среди беременных женщин и новорожденных, была эпидемиологически связана с употреблением салата из капусты, содержащей капусту, которая была загрязнена овечьим навозом, загрязненным L. monocytogenes . [20] С тех пор было зарегистрировано несколько случаев пищевого листериоза, и L. monocytogenes в настоящее время широко признан важной опасностью в пищевой промышленности. [21]
Инвазивная инфекция L. monocytogenes вызывает заболевание листериоз. Когда инфекция не инвазивна, любое заболевание как следствие инфекции называется лихорадочным гастроэнтеритом. Проявления листериоза включают сепсис, [22] менингит (или менингоэнцефалит ), [22] энцефалит , [23] язву роговицы, [24] пневмонию, [25] миокардит, [26] и внутриутробные или цервикальные инфекции у беременных женщин, которые могут привести к самопроизвольному аборту (второй-третий триместр) или мертворождению . Выжившие новорожденные с фетоматеринским листериозом могут страдать инфантисептической гранулемой — пиогенными гранулемами, распределенными по всему телу, — и могут страдать от физической отсталости. Симптомы, похожие на грипп , включая постоянную лихорадку, обычно предшествуют началу вышеупомянутых расстройств. Желудочно-кишечные симптомы, такие как тошнота, рвота и диарея , могут предшествовать более серьезным формам листериоза или могут быть единственными выраженными симптомами. Желудочно-кишечные симптомы были эпидемиологически связаны с использованием антацидов или циметидина . Время начала серьезных форм листериоза неизвестно, но может варьироваться от нескольких дней до 3 недель. Время начала желудочно-кишечных симптомов неизвестно, но, вероятно, превышает 12 часов. Раннее исследование показало, что L. monocytogenes является уникальным среди грамположительных бактерий тем, что он может обладать липополисахаридом , [27] , который служит эндотоксином . Позже было обнаружено, что он не является истинным эндотоксином. Стенки клеток листерии постоянно содержат липотейхоевые кислоты , в которых гликолипидный фрагмент, такой как галактозил-глюкозил-диглицерид, ковалентно связан с конечным фосфомоноэстером тейхоевой кислоты. Эта липидная область прикрепляет полимерную цепь к цитоплазматической мембране. Эти липотейхоевые кислоты напоминают липополисахариды грамотрицательных бактерий как по структуре, так и по функциям, являясь единственными амфипатическими полимерами на поверхности клетки. [28] [29]
L. monocytogenes имеет остатки D-галактозы на своей поверхности, которые могут прикрепляться к рецепторам D-галактозы на стенках клеток хозяина. Эти клетки хозяина, как правило, представляют собой М-клетки и пейеровы бляшки слизистой оболочки кишечника. После прикрепления к этим клеткам L. monocytogenes может перемещаться через мембрану кишечника в организм. [ необходима цитата ] . В качестве альтернативы, потеря структурной целостности (например, небольшие разрывы) в эпителии желудочно-кишечного тракта может позволить микроорганизму проникнуть из желудочно-кишечного тракта в кровоток.
Инфекционная доза L. monocytogenes варьируется в зависимости от штамма и восприимчивости жертвы. Из случаев заражения через сырое или предположительно пастеризованное молоко можно с уверенностью предположить, что у восприимчивых людей заболевание могут вызвать менее 1000 организмов. L. monocytogenes может проникать в эпителий желудочно-кишечного тракта. Как только бактерия попадает в моноциты , макрофаги или полиморфноядерные лейкоциты хозяина , она становится кровяной (сепсис) и может расти. Ее присутствие внутриклеточно в фагоцитарных клетках также обеспечивает доступ к мозгу и, вероятно, трансплацентарную миграцию к плоду у беременных женщин. Этот процесс известен как «механизм троянского коня». Патогенез L. monocytogenes основан на ее способности выживать и размножаться в фагоцитарных клетках хозяина. Похоже, что Listeria изначально эволюционировала, чтобы проникать в мембраны кишечника как внутриклеточная инфекция, и разработала химический механизм для этого. Это включает в себя бактериальный белок интерналин (InlA/InlB), который прикрепляется к белку на мембране кишечной клетки «кадгерин» и позволяет бактериям проникать в клетки через механизм молнии. Эти молекулы адгезии также можно найти в двух других необычайно прочных барьерах у людей — гематоэнцефалическом барьере и фетоплацентарном барьере, и это может объяснить очевидную близость L. monocytogenes к тому, чтобы вызывать менингит и поражать детей в утробе матери . Попав внутрь клетки, L. monocytogenes быстро подкисляет просвет вакуоли, образованной вокруг него во время проникновения в клетку, чтобы активировать листериолизин O, холестеринзависимый цитолизин, способный разрушать вакуолярную мембрану. Это освобождает патоген и дает ему доступ к цитозолю клетки, где он продолжает свой патогенез. [30] Подвижность во внутриклеточном пространстве обеспечивается белком, индуцирующим сборку актина, который позволяет бактериям использовать механизм полимеризации актина клетки-хозяина для полимеризации цитоскелета, чтобы дать «толчок» бактериальной клетке, чтобы она могла двигаться в клетке. Тот же механизм также позволяет бактериям перемещаться из клетки в клетку. [31]
L. monocytogenes может действовать как сапрофит или патоген , в зависимости от окружающей среды. Когда эта бактерия присутствует в организме хозяина, кворум-сенсор и другие сигналы вызывают повышение регуляции нескольких генов вирулентности . В зависимости от расположения бактерии в организме хозяина, различные активаторы повышают регуляцию генов вирулентности. SigB, альтернативный сигма-фактор , повышает регуляцию генов Vir в кишечнике, тогда как PrfA повышает регуляцию экспрессии генов, когда бактерия присутствует в крови. [32] [33] [34] [35] L. monocytogenes также чувствует проникновение в хозяина, исследуя доступные источники питательных веществ. Например, L-глутамин , обильный источник азота в хозяине, индуцирует экспрессию генов вирулентности у L. monocytogenes . [36] Мало что известно о том, как эта бактерия переключается между действием сапрофита и патогена; Однако считается, что для того, чтобы вызвать это изменение, необходимо несколько некодирующих РНК . [ необходима цитата ]
L. monocytogenes имеет три различных линии с разной эволюционной историей и патогенным потенциалом. [37] Штаммы линии I содержат большинство человеческих клинических изолятов и все человеческие эпидемические клоны, но недостаточно представлены в клинических изолятах животных. [37] Штаммы линии II чрезмерно представлены в случаях животных и недостаточно представлены в клинических случаях людей, и более распространены в образцах окружающей среды и пищевых продуктах . [38] Изоляты линии III очень редки, но значительно более распространены среди животных, чем среди человеческих изолятов. [37]
Тест Антона используется для идентификации L. monocytogenes ; введение культуры в конъюнктивальный мешок кролика или морской свинки вызывает тяжелый кератоконъюнктивит в течение 24 часов. [39] [40]
Виды Listeria растут на таких средах, как агар Мюллера-Хинтона. Идентификация улучшается, если первичные культуры делаются на агаре, содержащем овечью кровь, поскольку вокруг и под колониями можно наблюдать характерную небольшую зону гемолиза. Изоляция может быть улучшена, если ткань хранить при температуре 4 °C в течение нескольких дней перед инокуляцией в бактериологические среды. Организм является факультативным анаэробом, каталазоположительным и подвижным. Listeria производит кислоту, но не газ, при ферментации различных углеводов. [41] Подвижность при комнатной температуре и выработка гемолизина являются основными признаками, которые помогают отличить Listeria от Corynebacterium . [42]
Методы анализа пищевых продуктов сложны и требуют много времени. Текущий метод FDA США, пересмотренный в сентябре 1990 года, требует 24 и 48 часов обогащения, за которым следует ряд других тестов. Общее время идентификации занимает от пяти до семи дней, но объявление о специфических нерадиоактивных ДНК-зондах должно вскоре позволить более простое и быстрое подтверждение подозрительных изолятов. [43]
Технология рекомбинантной ДНК может даже позволить проводить двух-трехдневный положительный анализ в будущем. В настоящее время FDA сотрудничает в адаптации своей методологии для количественного определения очень малых количеств организмов в пищевых продуктах. [ необходима цитата ]
При листериозном менингите общая смертность может достигать 70%, при сепсисе — 50%, а при перинатальных/неонатальных инфекциях — более 80%. При инфекциях во время беременности мать обычно выживает. Имеются сообщения об успешном лечении парентеральным пенициллином или ампициллином . [44] Триметоприм-сульфаметоксазол показал свою эффективность у пациентов с аллергией на пенициллин. [44]
Бактериофаг, Listeria phage P100 , был предложен в качестве пищевой добавки для контроля L. monocytogenes . [45] Методы лечения бактериофагами были разработаны несколькими компаниями. EBI Food Safety и Intralytix имеют продукты, подходящие для лечения этой бактерии. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) одобрило коктейль из шести бактериофагов от Intralytix и однотипный фаговый продукт от EBI Food Safety, предназначенный для уничтожения L. monocytogenes . Возможное использование может включать распыление его на фрукты и готовое к употреблению мясо, такое как нарезанная ветчина и индейка. [46]
Поскольку L. monocytogenes является внутриклеточной бактерией, некоторые исследования использовали эту бактерию в качестве вектора для доставки генов in vitro . Текущая эффективность трансфекции остается низкой. Одним из примеров успешного использования L. monocytogenes в технологиях переноса in vitro является доставка генной терапии для случаев муковисцидоза. [47]
Listeria monocytogenes исследуется как средство иммунотерапии рака для нескольких типов рака. [48] [49]
Живая аттенуированная вакцина против рака Listeria monocytogenes , ADXS11-001 , находится в стадии разработки в качестве возможного метода лечения рака шейки матки . [50]
Исследователи обнаружили Listeria monocytogenes по крайней мере у 37 видов млекопитающих , как одомашненных, так и диких, а также по крайней мере у 17 видов птиц и, возможно, у некоторых видов рыб и моллюсков . Лаборатории могут изолировать Listeria monocytogenes из почвы , силоса и других источников окружающей среды. Listeria monocytogenes довольно вынослив и сопротивляется пагубному воздействию замораживания, высушивания и тепла на удивление хорошо для бактерии, которая не образует спор. Большинство штаммов Listeria monocytogenes в той или иной степени патогенны. [ требуется цитата ]
Listeria monocytogenes ассоциируется с такими продуктами, как сырое молоко , пастеризованное жидкое молоко, [51] сыры (особенно мягкие сорта), сваренные вкрутую яйца, [52] мороженое , сырые овощи , ферментированные колбасы из сырого мяса , сырая и приготовленная птица , сырое мясо (всех видов), сырая и копченая рыба . Большинство бактерий могут выживать при температурах, близких к температуре замерзания, но не могут усваивать питательные вещества, расти или размножаться; однако L. monocytogenes обладает способностью расти при температурах до 0 °C, что позволяет экспоненциально размножаться в охлажденных продуктах. При температуре охлаждения, такой как 4 °C, количество трехвалентного железа может влиять на рост L. monocytogenes . [53]
Первичным местом заражения является эпителий кишечника, где бактерии проникают в нефагоцитарные клетки с помощью механизма «молнии». Поглощение стимулируется связыванием листериальных интерналинов (Inl) с E-кадгерином , фактором адгезии клеток хозяина, или Met ( c-Met ), фактором роста гепатоцитов. Это связывание активирует определенные Rho-GTPases, которые впоследствии связывают и стабилизируют белок синдрома Вискотта-Олдрича (WASp). Затем WASp может связывать комплекс Arp2/3 и служить точкой зарождения актина . Последующая полимеризация актина создает «фагоцитарную чашу», структуру на основе актина, обычно образуемую вокруг инородных материалов фагоцитами перед эндоцитозом. Чистый эффект связывания интерналина заключается в использовании аппарата формирования соединений хозяина для интернализации бактерии. L. monocytogenes также может проникать в фагоцитарные клетки (например, макрофаги ), но для вторжения в нефагоцитарные клетки требуются только интерналины. [ необходима ссылка ]
После интернализации бактерия должна покинуть вакуоль/ фагосому , прежде чем произойдет слияние с лизосомой . Три основных фактора вирулентности, которые позволяют бактерии покинуть ее, — это листериолизин O (LLO, кодируемый hly ), фосфолипаза A (кодируемая plcA ) и фосфолипаза B ( plcB ). [54] [55] Секреция LLO и PlcA разрушает вакуолярную мембрану и позволяет бактерии покинуть цитоплазму, где она может размножаться. [ требуется цитата ]
Попав в цитоплазму, L. monocytogenes использует актин хозяина во второй раз. Белки ActA, связанные со старым полюсом бактериальной клетки (будучи бациллой, L. monocytogenes перегородчата в середине клетки, таким образом, имеет один новый полюс и один старый полюс), способны связывать комплекс Arp2/3 , тем самым вызывая зарождение актина в определенной области поверхности бактериальной клетки. Затем полимеризация актина продвигает бактерию однонаправленно в мембрану клетки хозяина. Образованный выступ затем может быть интернализован соседней клеткой, образуя двухмембранную вакуоль, из которой бактерия должна выбраться с помощью LLO и PlcB. Этот способ прямого распространения от клетки к клетке включает клеточный механизм, известный как парацитофагия . [56]
Способность L. monocytogenes успешно инфицировать зависит от его устойчивости к высоким концентрациям желчи , встречающимся на всем протяжении желудочно-кишечного тракта. [57] Эта устойчивость частично обусловлена белком репарации нуклеотидов UvrA , который необходим для восстановления повреждений ДНК, вызванных солями желчных кислот . [58]