Clostridioides difficile ( син. Clostridium difficile ) — бактерия , известная тем, что вызывает серьезные диарейные инфекции, а также может вызывать рак толстой кишки . [ 4] [5] Она также известна как C. difficile или C. diff ( / s iːdɪf / ), и является грамположительным видом спорообразующих бактерий. [6] Clostridioides spp. — анаэробные , подвижные бактерии, повсеместно распространенные в природе и особенно распространенные в почве. Ее вегетативные клетки имеют форму палочек, плеоморфны и встречаются парами или короткими цепочками. Под микроскопом они выглядят как длинные, нерегулярные (часто в форме барабанных палочек или веретена) клетки с выпуклостью на их конечных концах (образует субтерминальные споры). При окрашивании по Граму клетки C. difficile являются грамположительными и демонстрируют оптимальный рост на кровяном агаре при температуре человеческого тела в отсутствие кислорода . C. difficile является каталазо- и супероксиддисмутазоотрицательным и продуцирует до трех типов токсинов: энтеротоксин А , цитотоксин В и трансферазу Clostridioides difficile. [7] В условиях стресса бактерии продуцируют споры , которые способны переносить экстремальные условия, которые активные бактерии переносить не могут. [8]
Clostridioides difficile является важным новым патогеном человека ; по данным CDC , в 2017 году в Соединенных Штатах было зарегистрировано 223 900 случаев среди госпитализированных пациентов и 12 800 смертей. [9] Хотя C. difficile широко известен как патоген, связанный с больницами и антибиотиками, не более трети случаев заражения можно проследить до передачи от инфицированного человека в больницах, [10] и только небольшое количество антибиотиков напрямую связано с повышенным риском развития инфекции C. difficile (CDI), а именно ванкомицин , клиндамицин , фторхинолоны и цефалоспорины . [11] [12] [13] Большинство инфекций приобретаются за пределами больниц, и большинство антибиотиков имеют аналогичный повышенный риск заражения наравне со многими факторами риска, не связанными с антибиотиками, такими как использование размягчителей стула и клизм . [ 14]
Clostridioides difficile также может поселиться в толстой кишке человека , не вызывая заболевания. [15] Хотя ранние оценки показали, что C. difficile присутствует у 2–5% взрослого населения, [8] более поздние исследования показывают, что колонизация тесно связана с историей не связанных с диареей заболеваний, таких как пищевое отравление или злоупотребление слабительными . [16] Лица без истории желудочно-кишечных расстройств, по-видимому, вряд ли станут бессимптомными носителями. Эти носители считаются основным резервуаром инфекции. [17]
Вид был перенесен из рода Clostridium в Clostridioides в 2016 году, таким образом дав ему биномиальное название Clostridioides difficile . [18] [19] [20] Это новое название отражает таксономические различия между этим видом и представителями рода Clostridium , при этом общее название C. diff сохраняется . [19] По состоянию на 2018 год [обновлять]единственным другим видом в этом новом роде является Clostridioides mangenotii (ранее известный как Clostridium mangenotii ). [21]
Патогенные штаммы C. difficile продуцируют множество токсинов . [22] Наиболее изученными являются энтеротоксин ( токсин A C. difficile ) и цитотоксин ( токсин B C. difficile ), оба из которых могут вызывать диарею и воспаление у инфицированных пациентов ( колит C. difficile ), хотя их относительный вклад обсуждается. Диарея может варьироваться от нескольких дней потери кишечной жидкости до опасного для жизни псевдомембранозного колита , который связан с интенсивным воспалением толстой кишки и образованием псевдомембран на поверхности слизистой оболочки кишечника. [8] Это может прогрессировать до токсического мегаколона , тяжелой формы растяжения толстой кишки, которая может подвергнуть пациента риску перфорации толстой кишки, сепсиса и шока. Токсины A и B представляют собой глюкозилтрансферазы, которые нацелены на семейство Rho ГТФаз и инактивируют их . Токсин B (цитотоксин) вызывает деполимеризацию актина посредством механизма, коррелирующего с уменьшением АДФ-рибозилирования низкомолекулярных ГТФ-связывающих Rho-белков. [23] Существует также бинарный токсин ( токсин AB ), но его роль в заболевании до конца не изучена. [24]
Дополнительные факторы вирулентности включают фактор адгезии, который опосредует связывание с клетками толстой кишки человека, и гиалуронидазу . [25] Бактерия также вырабатывает химическое вещество пара -крезол , которое подавляет рост других микробов в непосредственной близости и позволяет ей вытеснять нормальную флору кишечника человека. [26]
Лечение антибиотиками инфекций C. diff может быть затруднено как из-за устойчивости к антибиотикам , так и из-за физиологических факторов бактерии (образование спор, защитные эффекты псевдомембраны). [8] В 2005 году сообщалось о появлении нового, высокотоксичного штамма C. difficile , устойчивого к фторхинолоновым антибиотикам, таким как ципрофлоксацин и левофлоксацин , который, как говорят, вызывает географически распределенные вспышки в Северной Америке. [27] Центры США по контролю и профилактике заболеваний в Атланте предупредили о появлении эпидемического штамма с повышенной вирулентностью, устойчивостью к антибиотикам или обоими этими факторами. [28] Устойчивость к другим антибиотикам, таким как метронидазол, противомикробный препарат первого выбора при лечении ИКД, наблюдалась у 12% клинических изолятов, поэтому по мере продолжения лечения различными антибиотиками в популяциях C. difficile будут продолжать развиваться более разнообразные и сильные виды устойчивости , что еще больше усложнит попытки эффективного лечения. [29]
Дезинфекция поверхностей в больницах также может быть сложной задачей, поскольку споры C. difficile устойчивы ко многим дезинфицирующим средствам , [30] включая высокие концентрации отбеливателя . [31]
Clostridioides difficile передается от человека или животного к человеку фекально-оральным путем , выделяясь с фекалиями. Организм образует термостойкие аэротолерантные споры, которые не убиваются спиртосодержащими очистителями для рук или обычной очисткой поверхностей, поэтому эти споры выживают в клинических условиях в течение длительного времени. [32] Любая поверхность, устройство или материал (например, туалеты, ванны и электронные ректальные термометры), которые загрязняются фекалиями, могут служить резервуаром для спор C. difficile , а споры C. difficile могут жить в течение длительного времени на поверхностях. [33] Благодаря этому бактерию можно культивировать практически с любой поверхности. После попадания спор в организм их кислотоустойчивость позволяет им проходить через желудок невредимыми. Они прорастают и размножаются в вегетативные клетки в толстой кишке при воздействии желчных кислот. Следовательно, Всемирная организация здравоохранения рекомендует использовать мыло в дополнение к спиртовым растворам для ограничения распространения спор. [34] Было показано, что споруляция значительно снижается после инактивации ДНК-метилтрансферазы CamA C. difficile , [35] что повышает перспективы разработки препарата, который может подавлять эту бактерию определенным образом.
Восприимчивость к колонизации, по-видимому, вызвана диарейными заболеваниями, такими как пищевое отравление , болезнь Крона или злоупотребление слабительными; люди без истории диарейных заболеваний, которые подвергаются воздействию спор C. difficile, не обязательно станут носителями. [16] После того, как люди колонизируются C. difficile , они остаются носителями в течение года, но суточная численность C. difficile значительно колеблется - от уровня ниже предела обнаружения до высокого уровня выделения изо дня в день. Расстройства ЖКТ у носителей, по-видимому, вызывают периоды повышенного выделения, что может быть важным фактором для передачи. [ необходима цитата ]
Clostridioides difficile поражает свиней, телят и людей и обитает в естественных резервуарах почвы, фекалиях домашних животных и людей, сточных водах, желудочно-кишечном тракте человека и мясе, продаваемом в розницу. [36]
Исследование CDC, проведенное в 2015 году, показало, что C. difficile поразил почти полмиллиона американцев и стал причиной 29 000 смертей в 2011 году. Исследование показало, что 40% случаев заболевания начались в домах престарелых или общественных медицинских учреждениях, а 24% произошли в больницах. [37]
Clostridioides difficile распространен в пищеварительной системе человека. Однако он является слабым конкурентом и часто уступает другим бактериям пищеварительной системы в борьбе за питательные вещества. В результате количество C. difficile поддерживается на управляемом уровне. Если внезапное введение антибиотика нарушает микробиом, C. difficile может размножаться в результате уничтожения многих своих конкурентов. Инкубационный период составляет 5–10 дней, с диапазоном от 1 дня до нескольких недель после лечения антибиотиками диареи, связанной с антибиотиками. Кроме того, носительство C. difficile с высоким уровнем токсинов часто встречается у маленьких детей, в то время как заболевание встречается редко. Выработка одного или даже обоих токсинов не всегда достаточна для возникновения симптомов. [38]
Симптомы инфекции C. difficile включают диарею (не менее трех жидких испражнений в день), обезвоживание, боли в животе , которые могут быть сильными, потерю аппетита и тошноту. [39]
C. difficile передается орально-фекальным путем, и многие размножаются через споры. Прорастание этих спор зависит от способности ощущать первичные желчные кислоты в печени, такие как таурохолат, которые ощущаются герминантным рецептором CspC. Вторичные желчные кислоты могут ингибировать эти процессы в толстой кишке. Споры могут расти и колонизировать кишечник за счет вызванных антибиотиками сдвигов в микробиоте хозяина. C. difficile секретирует муколитические ферменты, такие как CWp84, для разрушения слизистой оболочки толстой кишки. Эти споры также способны прилипать к клеткам толстой кишки. Кроме того, C. difficile является подвижной бактерией, которая может переключаться между подвижной и сидячей фазами, процесс регулируется циклическим ди-ГМФ. Кроме того, C. difficile способна образовывать биопленки и передавать сигналы от клетки к клетке. [40] C. difficile часто передается от других пациентов через руки медицинских работников или из общей больничной среды и приобретается при приеме патогена внутрь. Споры устойчивы к кислотности желудка и прорастают в вегетативную форму в тонком кишечнике. C. difficile может вызывать широкий спектр клинических проявлений: от бессимптомного течения до тяжелого колита и смерти. [41] Таким образом, C. difficile является наиболее распространенной инфекцией в здравоохранении США, создавая серьезные риски для здоровья и значительные расходы на лечение. [42]
Секретируемые C. difficile токсины A (TcdA) и B (TcdB) содержат иммуногенные антигены, которые распознаются антителами и Т-клетками. Однако уровни антител IgG против TcdA и -TcdB не позволяют отличить здоровых людей от пациентов с инфекцией C. difficile , что означает, что они имеют ограниченное клиническое применение. [43] [44] Недавние исследования показали, что эти токсины также распознаются хелперными CD4+ Т-клетками, в основном хелперными клетками T h 17 , которые важны для поддержания здоровой среды кишечника, хотя у пациентов с тяжелой инфекцией эти клетки повреждены. [45] Интересно, что у людей с тяжелой инфекцией C. difficile было значительно больше токсин-специфических Т-клеток по сравнению с людьми с легкой инфекцией, что указывает на то, что Т-клетки играют ключевую роль в борьбе с этой инфекцией. Этот иммунный ответ может дополнительно нарушить регуляцию экспрессии микроРНК . [46] Это дополнительно подтверждается восстановлением токсин-специфических клеток Th17 и экспрессией микроРНК после трансплантации фекальной микробиоты у пациентов с тяжелым заболеванием. [46] [47] Новые данные показывают, что потеря интерлейкина-10 соответствует более высоким уровням интерлейкина-22, который, как было обнаружено, важен в реакции хозяина на инфекцию C.difficile. Таким образом, дефицит IL-10 может усилить защиту хозяина от патогена. Это может представлять особый интерес для будущих исследований методов лечения. [48]
Инфекцию C. difficile часто подозревают из-за зловонной диареи, но это не подтверждает, есть ли у пациента CDI. Для подтверждения CDI анализ цитотоксинов обнаруживает цитотоксичность клеточного токсина B (ToxB) в фекальном элюате. Присутствие токсина C. difficile подтверждается нейтрализацией цитотоксического эффекта антитоксиновыми антителами. Штаммы C. difficile также можно культивировать перед проведением анализа цитотоксинов. Эти культуры обнаруживают штамм C. difficile, который может продуцировать токсины. [49] Однако эти иммуноферментные анализы более широко используются из-за их быстроты, низкой стоимости и простоты. Кроме того, они показывают более низкую чувствительность, чем токсикогенные культуры кала. Анализы ПЦР имеют более короткое время выполнения и более высокий диапазон чувствительности, чем токсикогенные культуры кала. Использование анализа на основе ПЦР помогает избежать обнаружения бессимптомных пациентов. [41]
Пациенты, принимающие антибиотики, при появлении симптомов должны прекратить их прием, если это возможно. Такой перерыв в антибактериальной терапии иногда может привести к спонтанному разрешению симптомов. Пациенты, которые не реагируют на прекращение приема антибиотиков широкого спектра действия, должны будут лечиться антибиотиками, способными убивать споры C. difficile . Первичные инфекции обычно лечатся ванкомицином с обычной дозировкой 125 мг каждые 6 часов. [50] Режим приема ванкомицина заменил традиционное использование метронидазола из-за его большей эффективности, профиля безопасности и более низкой частоты рецидивов. У пациентов, которые не переносят ванкомицин, приемлемым вариантом является фидаксомицин с аналогичной эффективностью и даже более низкой частотой рецидивов, чем ванкомицин. [51] В случаях фульминантной ИКД предлагается адъювантная терапия парентеральным метронидазолом плюс пероральный ванкомицин или фидаксомицин. [52]
Приблизительно у 15–30% [53] пациентов, успешно завершивших терапию первичной инфекции метронидазолом или ванкомицином, возникнет рецидив . Около 40% этих пациентов будут продолжать иметь рецидивирующую инфекцию C. difficile . Первый рецидив C. difficile обычно лечат тем же антибиотиком, который использовался для лечения первичной инфекции. Любые последующие инфекции не следует лечить метронидазолом. Иногда стандартный 10-дневный курс перорального ванкомицина не работает. В этих случаях предпочтительным лечением является постепенное снижение дозы ванкомицина. Пациенты принимают уменьшающиеся дозы ванкомицина в течение периода до 3 месяцев в зависимости от тяжести инфекции. [39]
Каждый последующий рецидив C. difficile имеет тенденцию быть более тяжелым, чем предыдущие инфекции. Длительное лечение с постепенным снижением дозы ванкомицина, дополненное пробиотиками, особенно Saccharomyces boulardii , связано с более высоким уровнем успеха. [54]
После трех рецидивов пациенты могут лечиться пероральным фидаксомицином , антибиотиком узкого спектра действия. Обычная дозировка составляет 200 мг два раза в день перорально в течение 10 дней. Фидаксомицин считается более эффективным, чем ванкомицин при тяжелой форме CDI. [55] Основным недостатком лечения фидаксомицином является стоимость лекарств. 10-дневный курс может стоить до 3500 долларов США. [ необходима цитата ] Когда состояние пациента ухудшается или прогрессирует до тяжелого осложненного заболевания, заслуживает рассмотрения добавление внутривенного тигециклина. [56] [57] Пациенты с высоким риском рецидива также могут получить пользу от добавления моноклонального антитела безлотоксумаба к стандарту лечения. [58]
Пациенты, которые не реагируют на традиционную антибактериальную терапию, могут иметь право на трансплантацию фекальной микробиоты (FMT). Медицинские работники могут перенести кал здорового человека в толстую кишку пациента с рецидивирующей CDI. Этот процесс является наиболее успешным лечением тяжелой CDI с показателем излечения около 93%. Трансплантация фекалий также оказалась эффективным и безопасным вариантом лечения для детей и молодых людей. [59] Частота рецидивов CDI у пациентов, получавших лечение с помощью FMT, как правило, низкая, около 19%, что делает ее очень эффективной при лечении хронических случаев CDI. Однако в некоторых случаях возможным побочным эффектом лечения являются вспышки воспалительного заболевания кишечника. [60] Состояние иммунной системы хозяина важно при рассмотрении успеха лечения на основе микробиоты в устранении инфекции. [61] Долгосрочные эффекты FMT неизвестны, поскольку процедура была одобрена FDA для рецидивирующей CDI только с 2013 года, и было проведено относительно мало процедур. Если трансплантация невозможна, удаление инфицированной части толстой кишки может вылечить ИКД. [55] [39]
В апреле 2023 года FDA одобрило первый пероральный микробиомный терапевтический препарат VOWST для лечения рецидивирующей ИКД.
Прогнозирование рецидива C. difficile представляло большой интерес, однако не было достигнуто единого мнения относительно значимо связанных с этим факторов риска. [62]
Инфекция C. difficile распространяется фекально-оральным путем через пищу и кислотоустойчивые споры. Соответствующая гигиена рук медицинских работников имеет жизненно важное значение для удаления спор, что включает тщательное мытье рук с мылом и теплой водой. Кроме того, изоляция пациентов с острой диареей может предотвратить распространение спор в больнице. [63] Еще одним способом профилактики ИКД является ношение средств индивидуальной защиты при взаимодействии с пациентами с C. difficile. Кроме того, передачу ИКД можно предотвратить путем ежедневной спороцидной дезинфекции окружающей среды в палатах пациентов. Кроме того, сокращение продолжительности антибактериальной терапии снижает показатели ИКД в больницах. [64]
В 2005 году молекулярный анализ привел к идентификации штамма C. difficile , характеризуемого как группа BI с помощью анализа эндонуклеазы рестрикции , как североамериканский тип импульсного поля NAP1 с помощью электрофореза в пульсирующем поле и как риботип 027; отличающаяся терминология отражает преобладающие методы, используемые для эпидемиологического типирования. Этот штамм обозначается как C. difficile BI/NAP1/027. [49]
По состоянию на 2016 год штамм NAP1 был заменен новыми штаммами в некоторых районах Британской Колумбии. Эти новые штаммы включают NAP2 и NAP4, а также некоторые штаммы, которые не имеют обозначения NAP. Частота этих новых штаммов увеличилась с 2008 по 2013 год в одном изучаемом регионе, вытеснив изначально более распространенные и узнаваемые бактерии NAP1. [65]
Два штамма, риботипы RT078 и RT027, могут жить при низких концентрациях сахара трегалозы ; оба штамма стали более распространенными после того, как трегалоза была введена в качестве пищевой добавки в начале 2000-х годов, тем самым увеличив потребление трегалозы в рационе. [66]
Первая полная последовательность генома штамма C. difficile была опубликована в 2005 году Институтом Сэнгера в Великобритании. Это был штамм 630, вирулентный и множественно лекарственно-устойчивый штамм, выделенный в Швейцарии в 1982 году. Ученые Института Сэнгера секвенировали геномы около 30 изолятов C. difficile , используя технологии секвенирования следующего поколения от 454 Life Sciences и Illumina . [67]
Исследователи из Университета Макгилла в Монреале секвенировали геном высоковирулентного штамма Квебека C. difficile в 2005 году с использованием технологии сверхвысокой пропускной способности секвенирования. Тесты включали проведение 400 000 реакций параллельного секвенирования ДНК генома бактерии, который был фрагментирован для секвенирования. Эти последовательности были собраны вычислительным путем для формирования полной последовательности генома. [27] [68]
В 2012 году ученые Оксфордского университета секвенировали геномы C. difficile из 486 случаев, зарегистрированных в течение четырех лет в Оксфордшире, используя технологии секвенирования нового поколения от Illumina. [69]
Clostridioides difficile имеет очень разнообразный эпигеном, с 17 мотивами метилирования высокого качества, зарегистрированными на данный момент, большинство из которых относится к типу 6mA. Было показано, что метилирование в одном из этих мотивов - CAAAA A, влияет на споруляцию, ключевой этап в передаче заболевания C. difficile , а также на длину клеток, образование биопленки и колонизацию хозяина. [35]
По крайней мере восемь преимущественно умеренных бактериофагов были выделены из C. difficile , с размером генома от около 30 до около 60 т.п.н. [70] Как экологические , так и клинически полученные штаммы C. difficile несут разнообразный и распространенный набор профагов [70 ]