Treponema pallidum , ранее известная как Spirochaeta pallida , является микроаэрофильной спирохетной бактерией с подвидами, вызывающими заболевания сифилис , беджель (также известный как эндемический сифилис) и фрамбезию . Известно, что она передается только среди людей [1] и бабуинов. [2] Это спирально скрученный микроорганизм, обычно длиной 6–15 мкм и шириной 0,1–0,2 мкм. [1] Отсутствие у T. pallidum как цикла трикарбоновых кислот , так и процессов окислительного фосфорилирования приводит к минимальной метаболической активности. [3] Трепонемы имеют цитоплазматическую и наружную мембраны . Используя световую микроскопию , трепонемы видны только при использовании темнопольного освещения . T. pallidum состоит из трех подвидов: T. p. pallidum, T. p. endemicum и T. p. pertenue, каждый из которых имеет свое собственное ассоциированное заболевание. [4]
Известны три подвида T. pallidum : [5]
Три подвида, вызывающие фрамбезию , беджель и сифилис , морфологически и серологически неразличимы. [1] Первоначально эти бактерии были классифицированы как представители отдельных видов, но анализ ДНК-гибридизации показывает, что они являются представителями одного и того же вида. Treponema carateum , возбудитель пинты , остается отдельным видом, поскольку для анализа ДНК не существует изолята. [6] Передача заболеваний у подвидов T. p. endemicum и T. p. pertenue считается невенерической. [7] T. p. pallidum является наиболее инвазивным патогенным подвидом, в то время как T. carateum является наименее инвазивным из видов. T. p. endemicum и T. p. pertenue являются промежуточно инвазивными. [1]
Treponema pallidum — это спиральная бактерия с высокой подвижностью, состоящая из внешней мембраны, слоя пептидогликана , внутренней мембраны , протоплазматического цилиндра и периплазматического пространства . [1] Ее часто описывают как грамотрицательную , но в ее внешней мембране отсутствует липополисахарид , который содержится во внешней мембране других грамотрицательных бактерий. [8] У нее есть эндофлагеллум (периплазматический жгутик), состоящий из четырех основных полипептидов , сердцевинной структуры и оболочки. [9] Жгутик расположен в периплазматическом пространстве и обертывается вокруг протоплазматического цилиндра. Внешняя мембрана T. pallidum имеет наибольший контакт с клетками-хозяевами и содержит мало трансмембранных белков , что ограничивает антигенность , в то время как ее цитоплазматическая мембрана покрыта липопротеинами. [3] [10] Основная функция трепонемных лигандов внешней мембраны — прикрепление к клеткам-хозяевам с функциональным и антигенным родством между лигандами. [11] У рода Treponema есть ленты цитоскелетных цитоплазматических филаментов, которые проходят по всей длине клетки прямо под цитоплазматической мембраной.
Внешняя мембрана (OM) T. pallidum имеет несколько особенностей, которые исторически затрудняли ее исследование. К ним относятся такие детали, как низкое содержание белка, ее хрупкость и то, что она содержит меньше последовательностей генов, связанных с другими внешними мембранами грамотрицательных бактерий. [12] Прогресс был достигнут с использованием геномного секвенирования и передовых вычислительных моделей. Белки внешней мембраны трепонемы являются ключевыми факторами для патогенеза бактерии, ее персистенции и стратегий уклонения от иммунного ответа. Относительно низкое содержание белка препятствует распознаванию антигена иммунной системой, а существующие белки выступают из OM, обеспечивая ее взаимодействие с хозяином. [12] Репутация Treponema как «скрытого патогена» в первую очередь обусловлена этой уникальной структурой OM, которая служит для уклонения от иммунного обнаружения. [12]
TP0326 является ортологом машины сборки β-барреля Bam A. Аппарат BamA вставляет вновь синтезированные и экспортированные белки внешней мембраны во внешнюю мембрану [13]
TP0965 — это белок, который имеет решающее значение для слияния мембран у T. pallidum и находится в периплазме . [14] TP0965 вызывает дисфункцию эндотелиального барьера, отличительный признак поздней стадии патогенеза сифилиса. [15] Он делает это за счет снижения экспрессии белков плотных контактов, что, в свою очередь, увеличивает экспрессию молекул адгезии и проницаемость эндотелиальных клеток, что в конечном итоге приводит к нарушению эндотелиального слоя . [16]
TP0453 — это белок из 287 аминокислот, связанный с внутренней мембраной внешней мембраны микроба. [14] У этого белка отсутствует обширная структура бета-слоя , характерная для других мембранных белков, и он не пересекает внешнюю мембрану. [17] Предполагается, что функция этого белка связана с контролем поглощения питательных веществ. [18]
Белки, содержащие домен белка внешней мембраны A (OmpA), необходимы для поддержания структурной целостности грамотрицательных бактерий. Эти домены содержат сайты связывания пептидогликана, которые создают «структурный мост между слоем пептидогликана и внешней мембраной». [19] Было высказано предположение , что белок TP0624, обнаруженный в T. pallidum, способствует этой структурной связи, а также взаимодействию между белками внешней мембраны и соответствующими доменами на тонком слое пептидогликана . [19]
Семейство белков Treponema repeat (Tpr) — это белки, экспрессируемые в процессе инфекции. Tpr образованы консервативным N-концевым доменом, аминоконцевым участком примерно из 50 аминокислот, центральной вариабельной областью и консервативным C-концевым доменом. [13] Множество различных типов Tpr включают TprA, TprB, TprC, TprD и TprE, но изменчивость TprK является наиболее значимой из-за характеристик иммунного ускользания, которые она допускает. [20]
Изменчивость антигена в TprK регулируется генной конверсией. Таким образом, фрагменты семи вариабельных областей (V1–V7), присутствующих в TprK, и 53 донорских участка TprD могут быть объединены для получения новых структурированных последовательностей. [21] Изменчивость антигена TprK может помочь T. pallidum избежать сильной иммунной реакции хозяина, а также может позволить повторное инфицирование людей. Это возможно, поскольку вновь структурированные белки могут избегать специфического распознавания антител. [20]
Чтобы ввести больше фенотипического разнообразия, T. pallidum может подвергаться фазовой вариации . Этот процесс в основном происходит в TprF, TprI, TprG, TprJ и TprL, и он состоит из обратимого расширения или сжатия полимерных повторов. Эти вариации размера могут помочь бактерии быстро адаптироваться к ее микроокружению, уклоняться от иммунного ответа или даже увеличивать сродство к ее хозяину. [21]
В прошлом столетии с момента его первоначального открытия культивирование бактерий in vitro было затруднено. [22] Без возможности выращивать и поддерживать бактерии в лабораторных условиях открытия, касающиеся их метаболизма и чувствительности к антимикробным препаратам, были значительно затруднены. [12] { Однако в 2017 году было сообщено об успешном длительном культивировании T. pallidum in vitro . [22] Это было достигнуто с использованием эпителиальных клеток Sf1Ep от кроликов, которые были необходимым условием для непрерывного размножения и выживания системы. [23] Была использована среда TpCM-2, изменение более простой среды, которая ранее давала только несколько недель роста культуры. [23] Этот успех стал результатом замены минимальной необходимой среды (MEM) на CMRL 1066, сложную среду для культивирования тканей. [22] С развитием могут произойти новые открытия о требованиях T. pallidum к росту и экспрессии генов, что, в свою очередь, приведет к исследованиям, полезным для лечения и профилактики сифилиса вне хозяина. [24] Однако постоянные попытки вырастить T. pallidum в аксенической культуре не увенчались успехом, что указывает на то, что она не удовлетворяет постулатам Коха . [25] Проблема, вероятно, связана с сильной адаптацией организма к проживанию в тканях млекопитающих, что приводит к сокращению генома и значительным нарушениям метаболических и биосинтетических функций. [23]
Хромосомы вида T. pallidum небольшие, около 1,14 Мбн. Их последовательности ДНК идентичны более чем на 99,7%. [26] Было установлено, что около 92,9% ДНК представляют собой открытые рамки считывания , 55% из которых имели предсказанные биологические функции. [3] Геном T. pallidum был впервые секвенирован в 1998 году. [27] T. pallidum невозможно получить в чистой культуре, что означает, что это секвенирование сыграло важную роль в заполнении пробелов в понимании функций микробов. Было обнаружено, что T. pallidum зависит от своего хозяина для многих молекул, обычно предоставляемых биосинтетическими путями, и у него отсутствуют гены, отвечающие за кодирование ключевых ферментов в окислительном фосфорилировании и цикле трикарбоновых кислот. [28] Группа T. pallidum и ее редуцированный геном, вероятно, являются результатом различных адаптаций, так что она больше не обладает способностью синтезировать жирные кислоты, нуклеиновые кислоты и аминокислоты, вместо этого полагаясь на своих хозяев-млекопитающих для получения этих материалов. [24] Недавнее секвенирование геномов нескольких спирохет позволяет провести тщательный анализ сходств и различий внутри этого бактериального типа и внутри вида. [29] [30] [31] T. pallidum имеет один из самых маленьких бактериальных геномов и имеет ограниченные метаболические возможности, что отражает его адаптацию посредством редукции генома к богатой среде тканей млекопитающих. T. pallidum характеризуется своей спиральной, штопорообразной формой. [32] Чтобы избежать атаки антител, клетка имеет мало белков, выставленных на внешней мембранной оболочке. [33] Ее хромосома составляет около 1000 килопар оснований и является кольцевой со средним содержанием 52,8% G + C. [27] Секвенирование выявило группу из 12 белков, и некоторые предполагаемые гемолизины являются потенциальными факторами вирулентности T. pallidum. [34] Считается, что эти факторы вирулентности способствуют способности бактерии уклоняться от иммунной системы и вызывать заболевание. [34]
Клинические признаки сифилиса, фрамбезии и беджели проявляются в несколько стадий, которые поражают кожу. Поражения кожи, наблюдаемые на ранней стадии, длятся неделями или месяцами. Поражения кожи очень заразны, и спирохеты в поражениях передаются при прямом контакте. Поражения регрессируют по мере развития иммунного ответа против T. pallidum . Возникающая в результате латентная стадия может длиться всю жизнь во многих случаях. В некоторых случаях болезнь выходит из латентности и переходит в третичную фазу, в которой наступают деструктивные поражения кожи, костей и хрящей. В отличие от фрамбезии и беджели, сифилис на третичной стадии часто поражает также сердце, глаза и нервную систему. [6]
Treponema pallidum pallidum — подвижная спирохета, которая обычно приобретается при тесном половом контакте , проникая в организм хозяина через разрывы в плоском или столбчатом эпителии . Организм также может передаваться плоду трансплацентарным путем на поздних стадиях беременности, вызывая врожденный сифилис. [35] Спиральная структура T. p. pallidum позволяет ей двигаться штопором через слизистые оболочки или проникать в крошечные разрывы кожи. У женщин первоначальное поражение обычно находится на половых губах, стенках влагалища или шейке матки; у мужчин — на стволе или головке полового члена. [1] Она получает доступ к кровеносной и лимфатической системам хозяина через ткани и слизистые оболочки. В более тяжелых случаях она может получить доступ к хозяину, инфицируя кости скелета и центральную нервную систему тела. [1]
Инкубационный период инфекции T. p. pallidum обычно составляет около 21 дня, но может варьироваться от 10 до 90 дней. [36]
Возбудителем фрамбезии является Treponema pallidum pertenue , которая передается при прямом физическом контакте между инфицированными людьми. [37] В отличие от сифилиса, один из исследованных штаммов T. p. pertenue не был вертикально передающимся в модели морской свинки. [38] Были задокументированы три стадии заболевания фрамбезией: первичная фрамбезия, которая проявляется в виде воспаленных язв на нижней части тела, вторичная фрамбезия, которая проявляется в виде различных кожных аномалий вместе с воспалением костей, и третичная фрамбезия, также называемая скрытой фрамбезией, которая возникает, когда T. p. pertenue серологически обнаруживается у хозяина, но никаких клинических признаков не проявляется до рецидива, который часто происходит годы спустя. [39]
Treponema pallidum была впервые микроскопически идентифицирована в сифилитических шанкрах Фрицем Шаудинном и Эрихом Хоффманном в Шарите в Берлине в 1905 году. [40] Эту бактерию можно обнаружить с помощью специальных красителей, таких как окраска Дитерле . T. pallidum также обнаруживается серологическими методами , включая нетрепонемный VDRL , быстрый плазменный реагин , тесты на трепонемные антитела ( FTA-ABS ), реакцию иммобилизации T. pallidum и тест TPHA на сифилис . [41]
В начале 1940-х годов модели кроликов в сочетании с препаратом пенициллин позволили проводить долгосрочное медикаментозное лечение. Эти эксперименты заложили основу, которую современные ученые используют для терапии сифилиса. Пенициллин может подавлять T. pallidum в течение 6–8 часов, хотя клетки все еще остаются в лимфатических узлах и регенерируют. Пенициллин — не единственный препарат, который можно использовать для подавления T. pallidum ; можно использовать любые β-лактамные антибиотики или макролиды . [42] Штамм T. pallidum 14 имеет встроенную устойчивость к некоторым макролидам, включая эритромицин и азитромицин . Считается, что устойчивость к макролидам у штамма T. pallidum 14 возникает из-за одноточечной мутации, которая повысила жизнеспособность организма. [43] Многие из методов лечения сифилиса приводят только к бактериостатическим результатам, если только не используются более высокие концентрации пенициллина для бактерицидного эффекта. [42] [43] Пенициллин в целом является наиболее рекомендуемым антибиотиком Центрами по контролю и профилактике заболеваний, поскольку он показывает наилучшие результаты при длительном применении. Он может подавлять и даже убивать T. pallidum в низких и высоких дозах, причем каждое увеличение концентрации становится более эффективным. [43]
По состоянию на 2024 год вакцины от сифилиса не существует. Наружная мембрана T. pallidum имеет слишком мало поверхностных белков для того, чтобы антитело было эффективным. Попытки разработать безопасную и эффективную вакцину от сифилиса были затруднены из-за неопределенности относительно относительной важности гуморальных и клеточных механизмов для защитного иммунитета [44] , а также из-за того, что белки наружной мембраны T. pallidum не были однозначно идентифицированы. [45] [46] Напротив, некоторые из известных антигенов являются внутриклеточными, и антитела неэффективны против них для устранения инфекции. [47] [48] В прошлом веке было разработано несколько прототипов, и хотя ни один из них не обеспечивал защиты от инфекции, некоторые предотвращали распространение бактерий в отдаленные органы и способствовали ускоренному заживлению. [49]