Corynebacterium diphtheriae [a] — грамположительная патогенная бактерия , вызывающая дифтерию . [2] Также известна как палочка Клебса-Лёффлера , поскольку была открыта в 1884 году немецкими бактериологами Эдвином Клебсом (1834–1912) и Фридрихом Лёффлером (1852–1915). [3] Эти бактерии обычно безвредны, если только они не инфицированы бактериофагом, несущим ген , который дает начало токсину . [ 4] Этот токсин вызывает заболевание. [5] Дифтерия вызывается адгезией и инфильтрацией бактерий в слизистые оболочки организма, в первую очередь поражая дыхательные пути и вызывая последующее высвобождение экзотоксина. [6] Токсин оказывает локальное действие на поражения кожи, а также метастатическое, протеолитическое действие на другие системы органов при тяжелых инфекциях. [6] Дифтерия, которая изначально была основной причиной детской смертности, была почти полностью искоренена благодаря энергичному проведению вакцинации против дифтерии в 1910-х годах. [7]
Дифтерия больше не передается так часто из-за разработки вакцины АКДС. Хотя вспышки дифтерии продолжают происходить, это часто происходит в развивающихся странах, где большинство населения не вакцинировано. [8]
Выделяют четыре подвида: C. d. mitis , C. d. intermedius , C. d. gravis и C. d. belfanti . Четыре подвида немного различаются по колониальной морфологии и биохимическим свойствам, таким как способность метаболизировать определенные питательные вещества. Все они могут быть либо токсигенными (и, следовательно, вызывать дифтерию), либо нетоксигенными.
Подтипирование штаммов включает сравнение видов бактерий и их категоризацию в подвиды. [9] Подтипирование штаммов также помогает определить источник вспышки определенной бактерии. Однако, когда дело доходит до подтипирования C. diphtheriae , не существует большого количества полезной или точной классификации из-за отсутствия общедоступных ресурсов для идентификации штаммов и, следовательно, поиска источника вспышек. [10]
C. diphtheriae производит дифтерийный токсин, который изменяет функцию белка в хозяине, инактивируя фактор элонгации EF-2. Это вызывает фарингит и «псевдомембрану» в горле. Токсигенными штаммами являются те, которые были инфицированы бактериофагом . [ 11] [12]
Ген дифтерийного токсина кодируется бактериофагом, обнаруженным в токсигенных штаммах, интегрированным в бактериальную хромосому. [13]
Репрессор дифтерийного токсина в основном контролируется железом. Он служит основным кофактором для активации связывания целевой ДНК. Для выработки токсина в среде требуется низкая концентрация железа. При высоких концентрациях железа молекулы железа связываются с апорепрессором на бета-бактериофаге, который несет ген Tox . При связывании с железом апорепрессор прекращает выработку токсина. [14] Тест Элека на токсигенность используется для определения способности организма вырабатывать дифтерийный токсин. [15]
Для идентификации C. diphtheriae проводится окрашивание по Граму, чтобы выявить грамположительные , высокополиморфные организмы , часто выглядящие как китайские иероглифы. Такие окраски, как окраска Альберта и окраска Пондера, используются для демонстрации метахроматических гранул, образованных в полярных областях. Гранулы называются полярными гранулами, гранулами Бабеша-Эрнста или гранулами волютина . Обогатительная среда, такая как среда Лёффлера , используется для преимущественного выращивания C. diphtheriae . После этого дифференциальная пластина, известная как теллуритовый агар , позволяет всем коринебактериям (включая C. diphtheriae ) восстанавливать теллурит до металлического теллура. Восстановление теллурита колориметрически обозначается коричневыми колониями для большинства видов Cornyebacterium или черным ореолом вокруг колоний C. diphtheriae . Организм вырабатывает каталазу , но не уреазу , что отличает его от Corynebacterium ulcerans . C. diphtheriae не вырабатывает пиразинамидазу, которая отличает его от Corynebacterium striatum и Corynebacterium jeikeium . [16]
Corynebacterium diphtheriae — это бактерия, вызывающая заболевание под названием дифтерия. Бактериофаги вводят в бактериальные клетки ген, который делает штамм токсигенным. Штаммы, не инфицированные этими вирусами, безвредны. [5] C. diphtheriae — это палочковидная, грамположительная, неспорообразующая и неподвижная бактерия. [17] Было показано, что C. diphtheriae заражает исключительно людей. Считается, что люди могут быть резервуаром этого патогена. Однако были крайне редкие случаи, когда C. diphtheriae была обнаружена у животных. Эти инфекции были токсигенными только у двух собак и двух лошадей. [18]
Заболевание встречается в основном в тропических регионах и развивающихся странах . Лица с ослабленным иммунитетом, плохо привитые взрослые и невакцинированные дети подвергаются наибольшему риску заражения дифтерией. Способ передачи — контакт от человека к человеку через дыхательные капли (например, кашель или чихание). Реже болезнь может передаваться при прикосновении к открытым язвам или загрязненным поверхностям. При типичном течении болезни чаще всего поражается верхняя дыхательная система. В носоглоточной области скапливается толстый серый налет, затрудняющий дыхание и глотание. Заболевание остается заразным в течение как минимум двух недель после исчезновения симптомов, но известны случаи, когда оно длилось до месяца. [19]
Наиболее распространенными путями проникновения C. diphtheriae являются нос, миндалины и горло. Люди, страдающие от этого заболевания, могут испытывать боль в горле, слабость, лихорадку и опухание желез. Это может вызвать еще более опасные симптомы, такие как одышка. [20] Если не лечить, дифтерийный токсин может попасть в кровоток, вызывая повреждение почек, нервов и сердца. Крайне редкие осложнения включают удушье и частичный паралич. Вакцина, DTaP , эффективно предотвращает заболевание и является обязательной в Соединенных Штатах для участия в государственном образовании и некоторых профессиях (применяются исключения). [6]
Первый этап заражения C. diphtheriae включает в себя колонизацию слизистого слоя токсигенными бактериями. У маленьких детей это обычно происходит в слизистой оболочке верхних дыхательных путей. У взрослых инфекция ограничивается в основном областью миндалин. Некоторые необычные места заражения включают сердце, гортань, трахею, бронхи и передние области рта, включая слизистую оболочку щек, губы, язык, твердое и мягкое небо. [21] Бактерии обладают рядом факторов вирулентности, помогающих им локализоваться в областях дыхательных путей, многие из которых еще не полностью изучены, поскольку дифтерия не поражает многих модельных хозяев, таких как мыши. Одним из распространенных факторов вирулентности, который был изучен in vitro, является DIP0733, многофункциональный белок, который, как было показано, играет роль в адгезии бактерий к клеткам хозяина и фиброгенсвязывающих свойствах. В экспериментах с мутантными штаммами C. diphtheriae адгезия и эпителиальная инфильтрация значительно снизились. Способность связываться с внеклеточными матрицами помогает бактериям избегать обнаружения иммунной системой организма. [22]
Дифтерийное поражение часто покрыто псевдомембраной, состоящей из фибрина, бактериальных клеток и воспалительных клеток. Дифтерийный токсин может быть протеолитически расщеплен на два фрагмента: N-концевой фрагмент A (каталитический домен) и фрагмент B (трансмембранный и связывающий рецептор домен). Фрагмент A катализирует НАД+-зависимое АДФ-рибозилирование фактора элонгации 2, тем самым ингибируя синтез белка в эукариотических клетках. Фрагмент B связывается с рецептором клеточной поверхности и облегчает доставку фрагмента A в цитозоль. [21]
Как только бактерии локализуются в одной области, они начинают размножаться и создают воспалительную псевдомембрану. У людей с дифтерией зева псевдомембрана обычно растет на миндаликах и дополнительных структурах, язычке, мягком небе и, возможно, в области носоглотки. При дифтерии верхних дыхательных путей псевдомембрана может расти на глотке, гортани, трахее и бронхах/бронхиолах. Псевдомембрана сначала имеет белый цвет, а затем становится грязно-серой и жесткой из-за некротического эпителия. [21]
Образование псевдомембраны на трахее или бронхах снизит эффективность воздушного потока. Со временем скорость диффузии в альвеолах снижается из-за более низкого воздушного потока и снижает парциальное давление кислорода в системном кровообращении, что может вызвать цианоз и удушье. [21]
Путь передачи – контакт от человека к человеку воздушно-капельным путем (например, при кашле или чихании), реже – при прикосновении к открытым ранам или загрязненным поверхностям. [10]
Вакцина АКДС эффективно предотвращает заболевание и является обязательной в Соединенных Штатах для участия в государственном образовании и некоторых профессиях (есть исключения).
Изобретение вакцины-анатоксина, которая обеспечивает защиту от Corynebacterium diphtheriae , вызвало резкий сдвиг в уровне заражения этой бактерией в Соединенных Штатах. Несмотря на то, что вакцина была впервые создана в начале 1800-х годов, она не стала широко доступной до начала 1910-х годов. Согласно Национальному обследованию здоровья и питания (NHANES), «80 процентов лиц в возрасте от 12 до 19 лет были невосприимчивы к дифтерии» из-за широкого использования вакцины в Соединенных Штатах. [23]
Диагноз респираторной C. diphtheriae ставится на основании клинического проявления, тогда как нереспираторная дифтерия может не быть клинически заподозрена, поэтому лабораторное тестирование более надежно. Культивирование является наиболее точным видом тестирования, которое подтвердит или опровергнет распространенность дифтерийных токсинов. Тестирование проводится путем взятия мазка с возможно инфицированной области, а также с любых поражений и язв. [24]
Когда токсигенный штамм Corynebacterium diphtheriae заражает организм человека, он выделяет вредные токсины, особенно в горло. Антитоксины используются для предотвращения дальнейшего вреда. Антибиотики также используются для борьбы с инфекцией. Типичные антибиотики, которые используются против дифтерии, включают пенициллин или эритромицин. Люди, инфицированные дифтерией, должны находиться на карантине не менее 48 часов после назначения антибиотиков. Чтобы подтвердить, что человек больше не заразен, проводятся тесты, чтобы убедиться, что бактерии были очищены. Затем людей вакцинируют, чтобы предотвратить дальнейшее распространение болезни. [25]
Широкое использование вакцины против дифтерии резко снизило уровень инфицирования и позволяет проводить первичную профилактику заболевания. Большинство людей получают вакцину 3-в-1, которая включает защиту от дифтерии, столбняка и коклюша, которая обычно известна как вакцина DTaP или Tdap. Вакцина DTaP предназначена для детей, тогда как вакцина Tdap известна для подростков и взрослых. [8]
В Соединенных Штатах вакцина DTaP рекомендуется родителям младенцев, которая обычно включает серию из пяти уколов. Эти вакцины вводятся через руку или бедро и вводятся, когда ребенку исполняется 2 месяца, 4 месяца, 6 месяцев, 15–18 месяцев и затем 4–6 лет. [8]
Возможные побочные эффекты, связанные с вакциной от дифтерии, включают «легкую лихорадку, беспокойство, сонливость или болезненность в месте инъекции». Хотя это случается редко, вакцина АКДС может вызвать аллергическую реакцию, которая вызывает крапивницу или сыпь, появляющуюся в течение нескольких минут после введения вакцины. [8]
Геном C. diphtheriae состоит из одной кольцевой хромосомы размером 2,5 Мбн, без плазмид . [26] Его геном демонстрирует экстремальный композиционный сдвиг , будучи заметно более богатым G+C вблизи начала, чем на конце. [20]
Геном Corynebacterium diphtheriae представляет собой одну кольцевую хромосому, не имеющую плазмид. Эти хромосомы имеют высокое содержание G+C, что и способствует их высокому генетическому разнообразию. Высокое содержание гуанина и цитозина не является постоянным во всем геноме бактерий. Существует терминальная часть репликации около области ~740kb, которая вызывает уменьшение содержания G+C. У других бактерий часто наблюдается уменьшение содержания G+C вблизи терминальной части, но C. diphtheriae — это значительно более сильный геном, в котором это происходит. Хромосомная репликация — один из способов, которым это происходит в этом геноме. [20]
