Стрептококк — род грамположительных кокков ( мн.: кокки ) или сферических бактерий, принадлежащих к семейству Streptococccaceae , отряду Lactobacillales (молочнокислые бактерии), типу Bacillota . [2] Деление клеток у стрептококков происходит вдоль одной оси , поэтому по мере роста они имеют тенденцию образовывать пары или цепочки, которые могут выглядеть согнутыми или перекрученными. Это отличается от стафилококков , которые делятся по нескольким осям, образуя тем самым неравномерные, похожие на виноградные гроздья, скопления клеток . Большинство стрептококков являются оксидазо- и каталазо-отрицательными , многие из них являются факультативными анаэробами (способными к росту как аэробно, так и анаэробно).
Термин был придуман в 1877 году венским хирургом Альбертом Теодором Бильротом (1829–1894) [3] путем объединения приставки «стрепто-» (от древнегреческого : στρεπτός , латинизированного : streptós , букв. «легко скручивающийся, гибкий» [4] ] ), вместе с суффиксом «-coccus» (от современной латыни : coccus , от древнегреческого: κόκκος , латинизированного: kókkos , букв. «зерно, семя, ягода». [5] ). В 1984 году многие бактерии, ранее сгруппированные в Род Streptococcus был выделен в роды Enterococcus и Lactococcus . [6] В настоящее время в этом роде насчитывается более 50 видов. Было обнаружено, что этот род является частью микробиома слюны . [7]
Помимо стрептококкового фарингита (ангины), некоторые виды Streptococcus являются причиной многих случаев конъюнктивита , [8] менингита , бактериальной пневмонии , эндокардита , рожи и некротизирующего фасциита («плотоядных» бактериальных инфекций). Однако многие виды стрептококков не являются патогенными и составляют часть комменсальной микробиоты человека ротовой полости, кожи, кишечника и верхних дыхательных путей. Стрептококки также являются необходимым ингредиентом при производстве сыра Эмменталер («швейцарский») . [9]
Виды стрептококков классифицируются на основе их гемолитических свойств. [10] Альфа-гемолитические виды вызывают окисление железа в молекулах гемоглобина в эритроцитах, придавая ему зеленоватый цвет на кровяном агаре. Бета-гемолитические виды вызывают полный разрыв эритроцитов. На кровяном агаре это проявляется в виде обширных участков, свободных от клеток крови, окружающих колонии бактерий. Гамма-гемолитические виды не вызывают гемолиза. [11]
Бета-гемолитические стрептококки далее классифицируются по группе Лэнсфилда , классификации серотипов (то есть описывающей специфические углеводы, присутствующие на клеточной стенке бактерий). [6] 21 описанный серотип назван группами Лэнсфилда от A до W (исключая I и J). Эту систему классификации разработала Ребекка Лэнсфилд , ученый из Университета Рокфеллера . [12]
В медицинской практике наиболее важными группами являются альфа-гемолитические стрептококки S. pneumoniae и группа Streptococcus viridans , а также бета-гемолитические стрептококки групп A и B по Лансфилду (также известные как «стрептококки группы A» и «стрептококки группы B»). ).
Таблица: Медицински значимые стрептококки (не все являются альфа-гемолитическими) [10]
При наличии альфа-гемолиза (α-гемолиза) агар под колонией становится темным и зеленоватым из-за превращения гемоглобина в зеленый биливердин . Streptococcus pneumoniae и группа оральных стрептококков ( Streptococcus viridans или viridans streptococci) проявляют альфа-гемолиз. Альфа-гемолиз также называют неполным или частичным гемолизом, поскольку клеточные мембраны эритроцитов остаются неповрежденными. Его также иногда называют зеленым гемолизом из-за изменения цвета агара. [ нужна цитата ]
Бета-гемолиз (β-гемолиз), иногда называемый полным гемолизом , представляет собой полный лизис эритроцитов в средах вокруг и под колониями: область кажется светлой (желтой) и прозрачной. Стрептолизин, экзотоксин, представляет собой фермент, вырабатываемый бактериями, который вызывает полный лизис эритроцитов. Существует два типа стрептолизина: стрептолизин O (SLO) и стрептолизин S (SLS). Стрептолизин О представляет собой чувствительный к кислороду цитотоксин, секретируемый большинством стрептококков группы А (ГАС), который взаимодействует с холестерином в мембранах эукариотических клеток (в основном красных и белых кровяных телец, макрофагов и тромбоцитов) и обычно приводит к бета-гемолизу. под поверхностью кровяного агара. Стрептолизин S представляет собой кислородстабильный цитотоксин, также продуцируемый большинством штаммов GAS, который приводит к очистке поверхности кровяного агара. SLS влияет на иммунные клетки, включая полиморфно-ядерные лейкоциты и лимфоциты, и, как полагают, не позволяет иммунной системе хозяина избавиться от инфекции. Streptococcus pyogenes , или GAS, проявляет бета-гемолиз.
Некоторые слабобета-гемолитические виды вызывают интенсивный гемолиз при совместном выращивании со штаммом стафилококка . Это называется тестом CAMP . Streptococcus agalactiae обладает этим свойством. С помощью этого теста можно предположительно идентифицировать Clostridium perfringens . Listeria monocytogenes также дает положительный результат на агаре с овечьей кровью.
S. pyogenes группы А является возбудителем широкого спектра стрептококковых инфекций группы А (СГА). Эти инфекции могут быть неинвазивными или инвазивными. Неинвазивные инфекции, как правило, более распространены и менее тяжелы. Наиболее распространенными из этих инфекций являются стрептококковый фарингит (ангина) и импетиго . [13] Скарлатина – еще один пример неинвазивной инфекции группы А.
Инвазивные инфекции, вызванные бета-гемолитическим стрептококком группы А, имеют тенденцию быть более тяжелыми и менее распространенными. Это происходит, когда бактерия способна инфицировать области, где она обычно не встречается, например, кровь и органы . [14] Заболевания, которые могут быть вызваны, включают синдром стрептококкового токсического шока , некротический фасциит , пневмонию и бактериемию . [13] По оценкам, во всем мире ГАС является причиной более 500 000 смертей каждый год, что делает его одним из ведущих патогенов в мире . [13]
Дополнительные осложнения могут быть вызваны ГАС, а именно острой ревматической лихорадкой и острым гломерулонефритом . Ревматическая лихорадка , заболевание, поражающее суставы , почки и сердечные клапаны , является следствием невылеченной стрептококковой инфекции. Инфекция, вызванная не самой бактерией, а антителами, вырабатываемыми иммунной системой для борьбы с инфекцией, перекрестно реагирующей с другие белки в организме. Эта «перекрестная реакция» заставляет организм по существу атаковать себя и приводит к вышеуказанному повреждению. Предполагается , что аналогичный аутоиммунный механизм, инициируемый инфекцией бета-гемолитического стрептококка группы А (GABHS), вызывает педиатрические аутоиммунные нервно-психические расстройства, связанные со стрептококковыми инфекциями (PANDAS) , при которых аутоиммунные антитела поражают базальные ганглии, вызывая быстрое возникновение психических, двигательных расстройств, расстройств сна, и другие симптомы у педиатрических пациентов.
ГАС-инфекция обычно диагностируется с помощью быстрого стрептококкового теста или посева.
S. agalactiae , или стрептококк группы B , GBS , вызывает пневмонию и менингит у новорожденных и пожилых людей , иногда с системной бактериемией . Важно отметить, что Streptococcus agalactiae является наиболее частой причиной менингита у детей в возрасте от одного до трех месяцев. Они также могут колонизировать кишечник и женские репродуктивные пути, увеличивая риск преждевременного разрыва плодных оболочек во время беременности и передачи микроорганизма ребенку. Американский колледж акушеров и гинекологов , Американская академия педиатрии и Центры по контролю заболеваний рекомендуют всем беременным женщинам на сроке беременности 35–37 недель пройти тестирование на СГБ. Женщинам с положительным результатом теста во время родов следует назначать профилактические антибиотики, которые обычно предотвращают передачу вируса ребенку. [15]
Соединенное Королевство предпочло принять протокол, основанный на факторах риска, а не протокол, основанный на культуре, которому следуют в США. [16] Текущие рекомендации гласят, что если присутствует один или несколько из следующих факторов риска, женщину следует лечить антибиотиками во время родов :
Этот протокол приводит к назначению антибиотиков во время родов 15–20% беременных женщин и предотвращению 65–70% случаев раннего сепсиса СГБ. [17]
В эту группу входят S. equi , вызывающий удушье у лошадей [18] и S.zoepidemicus — S. equi — клональный потомок или биовар предка S.zoepidemicus — вызывающий инфекции у нескольких видов млекопитающих, включая крупный рогатый скот и лошадей. . S. disgalactiae subsp. disgalactiae [19] также относится к группе С, бета-гемолитическим стрептококкам , которые могут вызывать фарингит и другие гноеродные инфекции, сходные со стрептококками группы А.
Многие бывшие стрептококки группы D были реклассифицированы и отнесены к роду Enterococcus (включая E. faecalis , E. faecium , E. durans и E. avium ). [20] Например, Streptococcus faecalis теперь называется Enterococcus faecalis . E. faecalis иногда является альфа-гемолитическим, а E. faecium иногда бета-гемолитическим. [21]
Остальные неэнтерококковые штаммы группы D включают Streptococcus Gallolyticus , Streptococcus bovis , Streptococcus equinus и Streptococcus suis .
Негемолитические стрептококки редко вызывают заболевание. Однако слабогемолитические бета-гемолитические стрептококки группы D и Listeria monocytogenes (которая на самом деле является грамположительной палочкой) не следует путать с негемолитическим стрептококками.
Стрептококки группы F были впервые описаны в 1934 году Лонгом и Блиссом среди «мельчайших гемолитических стрептококков». [22] Они также известны как Streptococcus anginosus (согласно системе классификации Лэнсфилда) или как члены группы S. milleri (согласно европейской системе).
Эти стрептококки обычно, но не исключительно, бета-гемолитические. Streptococcus disgalactiae subsp. canis [19] является преобладающим встречающимся подвидом. Это особенно распространенный GGS у людей, хотя обычно он встречается у животных. S. phocae — это подвид GGS, обнаруженный у морских млекопитающих и видов морских рыб. У морских млекопитающих оно в основном связано с менингоэнцефалитом , сепсисом и эндокардитом , но также связано со многими другими патологиями. Его экологический резервуар и пути передачи среди морских млекопитающих изучены недостаточно.
Стрептококки группы H вызывают инфекции у собак среднего размера. Стрептококки группы H редко вызывают заболевания у человека, если только человек не контактирует напрямую со ртом собаки. Одним из наиболее распространенных способов передачи инфекции является контакт между человеком и собакой, рот в рот. Однако собака может лизнуть руку человека, и инфекция также может распространиться. [23]
В клинической практике наиболее распространенные группы стрептококков можно отличить с помощью простых стендовых тестов, таких как PYR-тест на стрептококк группы А. Существуют также наборы для латексной агглютинации, которые позволяют различать каждую из основных групп, встречающихся в клинической практике.
Стрептококки были разделены на шесть групп на основе их последовательностей 16S рДНК: S. anginosus, S. Gallolyticus, S. mitis, S. mutans, S. pyogenes и S. salivarius . [25] Группы 16S были подтверждены полногеномным секвенированием (см. рисунок). Важные возбудители S. pneumoniae и S. pyogenes относятся к группам S. mitis и S. pyogenes соответственно [26] , тогда как возбудитель кариеса зубов Streptococcus mutans является базальным по отношению к группе Streptococcus .
Последние технологические достижения привели к увеличению количества доступных последовательностей генома видов Streptococcus , что позволяет проводить более надежные и надежные филогенетические и сравнительные геномные анализы. [28] В 2018 году эволюционные взаимоотношения внутри стрептококка были повторно изучены Пателем и Гуптой посредством анализа комплексных филогенетических деревьев , построенных на основе четырех различных наборов данных белков, и идентификации 134 высокоспецифичных молекулярных сигнатур (в форме консервативных сигнатур). indels ), которые свойственны исключительно всему роду или его отдельным субкладам. [28]
Результаты показали наличие двух основных клад на самом высоком уровне внутри Streptococcus , названных кладами «Mitis-Suis» и «Pyogenes-Equinus-Mutans». [28] Основная клада «Mitis-Suis» включает субклад Suis и кладу Mitis, которая включает субклады Angiosus, Pneumoniae, Gordonii и Parasanguinis. Вторая основная клада, «Pyogenes-Equinus-Mutans», включает субклады Pyogenes, Mutans, Salivarius, Equinus, Sobrinus, Halotolerans, Porci, Entericus и Orisratti. Всего внутри рода Streptococcus было идентифицировано 14 различных субкладов , каждый из которых подтверждается надежными паттернами ветвления в филогенетических деревьях и наличием множественных консервативных сигнатурных инделей в различных белках, которые являются отличительными характеристиками членов этих 14 клад. [28] Сводная диаграмма, показывающая общие взаимоотношения между стрептококками на основе этих исследований, изображена на рисунке на этой странице.
Геномы сотен видов были секвенированы. [30] Большинство геномов стрептококков имеют размер от 1,8 до 2,3 МБ и кодируют от 1700 до 2300 белков. Некоторые важные геномы перечислены в таблице. [31] Четыре вида, показанные в таблице ( S. pyogenes, S. agalactiae, S. pneumoniae и S. mutans ), имеют среднюю идентичность попарных белковых последовательностей около 70%. [31]
Бактериофаги описаны для многих видов стрептококков . У S. pneumoniae описано 18 профагов размером от 38 до 41 т.п.н., кодирующих от 42 до 66 генов каждый. [32] Одними из первых обнаруженных стрептококковых фагов были Dp-1 [33] [34] и ω1 (псевдоним ω-1). [35] [36] [37] В 1981 году было обнаружено семейство Cp (Complutense фаг 1, официально Streptococcus Virus Cp1 , Picovirinae ), первым членом которого был Cp-1. [38] Dp-1 и Cp-1 инфицируют как S. pneumoniae , так и S. mitis . [39] Однако диапазоны хозяев большинства фагов Streptococcus систематически не исследовались.
Естественная генетическая трансформация включает перенос ДНК от одной бактерии к другой через окружающую среду. Трансформация — сложный процесс, зависящий от экспрессии множества генов. Чтобы быть способной к трансформации, бактерия должна войти в особое физиологическое состояние, называемое компетентностью . S. pneumoniae , S. mitis и S. oralis могут стать компетентными и в результате активно приобретать гомологичную ДНК для трансформации по хищническому братоубийственному механизму [40]. Этот братоубийственный механизм в основном использует некомпетентных братьев и сестер, присутствующих в одной и той же нише [41] Среди высококомпетентных изолятов S. pneumoniae Li et al. [42] показали, что приспособленность к назальной колонизации и вирулентность (инфекционность легких) зависят от интактной компетентностной системы. Компетентность может позволить стрептококковому патогену использовать внешнюю гомологичную ДНК для рекомбинационного восстановления повреждений ДНК, вызванных окислительной атакой хозяина. [43]