Vibrio cholerae — это вид грамотрицательных , факультативных анаэробных и запятых бактерий . [1] Бактерии в природе живут в солоноватой или соленой воде , где они легко прикрепляются к хитинсодержащим панцирям крабов, креветок и других моллюсков. Некоторые штаммы V. cholerae патогенны для человека и вызывают смертельную болезнь под названием холера , которая может быть вызвана употреблением в пищу недоваренных или сырых морских животных или употреблением загрязненной воды. [2]
V. cholerae был впервые описан Феликсом-Архимедом Пуше в 1849 году как некий вид простейших. Филиппо Пачини правильно определил его как бактерию, и от него было взято научное название. Бактерия как причина холеры была открыта Робертом Кохом в 1884 году. Самбху Нат Де выделил холерный токсин и продемонстрировал, что токсин является причиной холеры в 1959 году.
Бактерия имеет жгутик (хвостовидную структуру) на одном полюсе и несколько пилей по всей поверхности клетки. Она подвергается дыхательному и ферментативному метаболизму. Две серогруппы, называемые O1 [3] и O139 [4], ответственны за вспышки холеры. Заражение происходит в основном через питье загрязненной воды или употребление пищи, загрязненной фекалиями инфицированного человека, поэтому связано с санитарией и гигиеной. При попадании в организм она проникает в слизистую оболочку кишечника, что может вызвать диарею и рвоту у хозяина в течение нескольких часов или 2–3 дней после приема пищи. Лактат Рингера и раствор для пероральной регидратации в сочетании с антибиотиками, такими как фторхинолоны и тетрациклины, являются распространенными методами лечения в тяжелых случаях.
V. cholerae имеет две кольцевые хромосомы. Одна хромосома производит холерный токсин (CT), белок , который вызывает обильную водянистую диарею (известный как «стул в виде рисового отвара»). [5] Но ДНК не кодирует токсин напрямую, поскольку гены холерного токсина переносятся CTXphi (CTXφ), умеренным бактериофагом (вирусом). Вирус производит токсин только при вставке в бактериальную ДНК. Чувствительность кворума у V. cholerae хорошо изучена [6], и она активирует иммунную сигнализацию хозяина и продлевает выживаемость хозяина, ограничивая потребление бактериями питательных веществ, таких как триптофан , который затем преобразуется в серотонин . [7] Таким образом, чувствительность кворума допускает комменсальное взаимодействие между хозяином и патогенными бактериями. [7]
Во время третьей глобальной пандемии холеры (1846–1860) проводились обширные научные исследования с целью понять этиологию заболевания. [8] Теория миазмов , которая утверждала, что инфекции распространяются через загрязненный воздух, больше не была удовлетворительным объяснением. Английский врач Джон Сноу был первым, кто в Лондоне в 1854 году дал убедительные доказательства того, что холера распространяется через питьевую воду — зараза, а не миазмы. Однако он не смог идентифицировать возбудителей, из-за чего большинство людей по-прежнему верили в происхождение миазмов. [9]
V. cholerae был впервые обнаружен и распознан под микроскопом французским зоологом Феликсом-Архимедом Пуше . В 1849 году Пуше исследовал образцы кала четырех человек, больных холерой. [10] Его выступление перед Французской академией наук 23 апреля было записано следующим образом: «[Пуше] смог подтвердить, что в этих [больных холерой] экскрементах содержалось огромное количество микроскопических инфузорий ». Как резюмировалось в Gazette medicale de Paris (1849, стр. 327), в письме, зачитанном 23 апреля 1849 года на заседании Парижской академии наук , Пуше объявил, что эти организмы являются инфузориями (так тогда называли микроскопических простейших ) , назвав их « Vibrio rugula Мюллера и Шранка» — видом простейших , описанным датским натуралистом Отто Фридрихом Мюллером в 1786 году. [11]
Итальянский врач Филиппо Пачини , исследуя вспышку холеры во Флоренции в конце 1854 года, определил возбудителя как новый тип бактерий. Он проводил вскрытия трупов и тщательное микроскопическое исследование тканей и жидкостей организма. Из фекалий и слизистой оболочки кишечника он выделил множество бацилл в форме запятой. [12] [13] Сообщая о своем открытии перед Società Medico-Fisica Fiorentina (Врачебно-медицинское общество Флоренции) 10 декабря и публикуя его в выпуске Gazzetta Medica Italiana ( Медицинская газета Италии ) от 12 декабря, Пачини заявил:
Le poche materie del vomito che ho potuto esaminare nel Secondo и terzo caso di cholera ... e di più trovai degli ammassi granulosi appianati, simili a quelli che si formano alla superficie delle acque corrotte, quando sono per svilupparsi dei vibrioni; Из качественного жира не осталось ни одного рода бактерий, поэтому большая часть его должна быть удалена с помощью декантации жидкости. [Из тех немногих образцов рвотных масс, которые мне удалось исследовать во втором и третьем случаях холеры... а кроме того, я обнаружил сглаженные зернистые массы, подобные тем, которые образуются на поверхности грязных вод, когда они собираются развиваются вибрионы; из которых я действительно обнаружил некоторые из рода Bacterium , в то время как большая часть, из-за их чрезвычайно малых размеров, была устранена при удалении жидкости. [14] ]
Таким образом, Пачини ввел название вибрионы (лат. vībro означает «быстро двигаться взад и вперед, трястись, волноваться»). Каталонский врач Жоаким Балсельс-и-Паскуаль также сообщил о такой бактерии примерно в то же время. [15] [16] Открытие новой бактерии не считалось важным с медицинской точки зрения, поскольку бактерия не была напрямую связана с холерой. Пачини также заявил, что нет никаких оснований утверждать, что бактерия вызвала болезнь, поскольку ему не удалось создать чистую культуру и провести эксперименты, которые были необходимы «для того, чтобы приписать холере свойство заразности». [9] Теория миазмов все еще не была исключена. [17]
Медицинское значение и связь между бактерией и заболеванием холеры были обнаружены немецким врачом Робертом Кохом . В августе 1883 года Кох с группой немецких врачей отправился в Александрию, Египет, чтобы исследовать эпидемию холеры там. [18] Кох обнаружил, что слизистая оболочка кишечника людей, умерших от холеры, всегда имела бактерию, однако он не мог подтвердить, была ли она возбудителем. Он переехал в Калькутту (ныне Колката), Индия, где эпидемия была более серьезной. Именно здесь он выделил бактерию в чистую культуру 7 января 1884 года. Впоследствии он подтвердил, что бактерия была новым видом, и описал ее как «немного изогнутую, как запятая». [9] Он сообщил о своем открытии немецкому государственному секретарю внутренних дел 2 февраля, и оно было опубликовано в Deutsche Medizinische Wochenschrift ( Немецкий медицинский еженедельник ). [19]
Хотя Кох был убежден, что бактерия является возбудителем холеры, он не смог полностью получить критические доказательства того, что бактерия вызывала симптомы у здоровых людей (важный элемент того, что позже стало известно как постулаты Коха ). Его эксперимент на животных с использованием его чистой культуры бактерий не привел к появлению заболевания ни у одного из испытуемых, и он правильно сделал вывод, что животные невосприимчивы к человеческому патогену. Бактерия к тому времени была известна как «бацилла запятой». [20] Только в 1959 году в Калькутте индийский врач Самбху Нат Де выделил холерный токсин и показал, что он вызывает холеру у здоровых людей, тем самым полностью доказав связь бактерии и холеры. [21] [22]
Пачини использовал название « vibrio cholera » без надлежащего биномиального перевода для названия бактерии. [23] После описания Коха было популяризировано научное название Bacillus comma . Но итальянский бактериолог Витторе Тревизан опубликовал в 1884 году, что бактерия Коха была той же, что и у Пачини, и ввел название Bacillus cholerae. [24] Немецкий врач Рихард Фридрих Иоганнес Пфайффер переименовал его в Vibrio cholerae в 1896 году. [10] Название было принято Комитетом Общества американских бактериологов по характеристике и классификации типов бактерий в 1920 году. [25] В 1964 году Рудольф Хью из Медицинской школы Университета Джорджа Вашингтона предложил использовать род Vibrio с типовым видом V. cholerae (Pacini 1854) в качестве постоянного названия бактерии, независимо от того же названия для простейших. [26] Оно было принято Судебной комиссией Международного комитета по бактериологической номенклатуре в 1965 году [27] и Международной ассоциацией микробиологических обществ в 1966 году [28]
V. cholerae — это высокоподвижная, запятая, грамотрицательная палочка. Активное движение V. cholerae вдохновило на название рода, потому что «vibrio» на латыни означает «дрожать». [29] За исключением V. cholerae и V. mimicus , все остальные виды вибрионов являются галофильными . Первоначальные изоляты слегка изогнуты, тогда как при лабораторном культивировании они могут выглядеть как прямые палочки. Бактерия имеет жгутик на одном полюсе клетки, а также пили . Она переносит щелочную среду, которая убивает большинство кишечных комменсалов, но она чувствительна к кислоте. Это аэроб, в то время как все другие вибрионы являются факультативными анаэробами и могут подвергаться дыхательному и ферментативному метаболизму. [1] Он имеет диаметр 0,3 мкм и длину 1,3 мкм [30] со средней скоростью плавания около 75,4 мкм/сек. [31]
Гены патогенности V. cholerae кодируют белки, напрямую или косвенно участвующие в вирулентности бактерий. Чтобы адаптироваться к кишечной среде хозяина и избежать атаки желчных кислот и антимикробных пептидов , V. cholera использует свои везикулы внешней мембраны (OMV). При попадании внутрь бактерия сбрасывает свои OMV, содержащие все модификации мембраны, которые делают ее уязвимой для атаки хозяина. [32]
Во время инфекции V. cholerae выделяет холерный токсин (CT), белок , вызывающий обильную водянистую диарею (известный как «стул в виде рисового отвара»). [33] [5] Этот холерный токсин содержит 5 субъединиц B, которые играют роль в прикреплении к эпителиальным клеткам кишечника, и 1 субъединицу A, которая играет роль в активности токсина . Колонизация тонкого кишечника также требует токсин-корегулируемых пилей (TCP), тонких, гибких, нитевидных отростков на поверхности бактериальных клеток. Экспрессия как CT, так и TCP опосредуется двухкомпонентными системами (TCS), которые обычно состоят из мембраносвязанной гистидинкиназы и внутриклеточного элемента ответа. [34] TCS позволяет бактериям реагировать на изменяющуюся среду. [34] У V. cholerae было выявлено несколько TCS, которые важны для колонизации, образования биопленки и вирулентности. [34] Кворум-регуляторные малые РНК ( Qrr РНК ) были идентифицированы как цели TCS V. cholerae . [34] [35] [36] Здесь молекулы малой РНК (мРНК) связываются с мРНК, чтобы блокировать трансляцию или вызывать деградацию ингибиторов экспрессии генов вирулентности или колонизации. [34] [35] У V. cholerae TCS EnvZ/OmpR изменяет экспрессию генов через мРНК coaR в ответ на изменения осмолярности и pH. Важной целью coaR является tcpI , который отрицательно регулирует экспрессию основной субъединицы гена, кодирующего TCP ( tcpA ). Когда tcpI связывается с coaR , он больше не может подавлять экспрессию tcpA , что приводит к повышению способности к колонизации. [34] Экспрессия coaR повышается EnvZ/OmpR при pH 6,5, что является нормальным pH просвета кишечника, но снижается при более высоких значениях pH. [34] V. cholerae в просвете кишечника использует TCP для прикрепления к слизистой оболочке кишечника, не проникая в слизистую оболочку. [34] После этого он секретирует холерный токсин, вызывающий его симптомы. Затем это увеличивает циклический АМФ или цАМФ путем связывания (холерный токсин) с аденилатциклазой, активируя путь GS, что приводит к оттоку воды и натрия в просвет кишечника, вызывая водянистый стул или водянистый стул, похожий на рис.
V. cholerae может вызывать синдромы от бессимптомных до холеры гравис. [37] В эндемичных районах 75% случаев протекают бессимптомно, 20% — от легкой до умеренной степени тяжести, а 2–5% — тяжелые формы, такие как холера гравис. [37] Симптомы включают внезапное начало водянистой диареи (серая и мутная жидкость), периодическую рвоту и спазмы в животе. [1] [37] Наступает обезвоживание с такими симптомами и признаками, как жажда, сухость слизистых оболочек, снижение тургора кожи, запавшие глаза, гипотония , слабый или отсутствующий лучевой пульс , тахикардия , тахипноэ , хриплый голос, олигурия , судороги, почечная недостаточность , судороги , сонливость , кома и смерть. [1] Смерть из-за обезвоживания может наступить в течение нескольких часов или дней у нелеченных детей. Заболевание также особенно опасно для беременных женщин и их плодов на поздних сроках беременности, так как может вызвать преждевременные роды и гибель плода. [37] [38] [39] Исследование, проведенное Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) на Гаити, показало, что у беременных женщин, заразившихся этой болезнью, у 16% из 900 женщин наблюдалась гибель плода. Факторы риска этих смертей включают: третий триместр, молодой возраст матери, сильное обезвоживание и рвоту [40] Обезвоживание представляет собой наибольший риск для здоровья беременных женщин в странах с высоким уровнем заболеваемости холерой. В случаях холеры гравис, связанных с сильным обезвоживанием, могут умереть до 60% пациентов; однако менее 1% случаев, леченных с помощью регидратационной терапии, заканчиваются летальным исходом. Болезнь обычно длится 4–6 дней. [37] [41] Во всем мире диарейное заболевание , вызываемое холерой и многими другими патогенами, является второй по значимости причиной смерти детей в возрасте до 5 лет, и, по оценкам, ежегодно холера становится причиной не менее 120 000 смертей. [42] [43] В 2002 году ВОЗ посчитала, что коэффициент летальности от холеры составляет около 3,95%. [37]
V. cholerae поражает кишечник и вызывает диарею, характерный симптом холеры. Инфекция может распространяться через употребление зараженной пищи или питье зараженной воды. [33] Она также может распространяться через контакт кожи с зараженными человеческими фекалиями. Не все инфекции проявляются симптомами, только у 1 из 10 человек развивается диарея. Основные симптомы включают: водянистую диарею, рвоту, учащенное сердцебиение, потерю эластичности кожи, низкое кровяное давление, жажду и мышечные спазмы. [33] Эта болезнь может стать серьезной, поскольку может прогрессировать до почечной недостаточности и возможной комы. Если ее диагностировать, ее можно лечить с помощью лекарств. [33]
V. cholerae имеет эндемическое или эпидемическое распространение. В странах, где заболевание наблюдается в течение последних трех лет и подтвержденные случаи являются локальными (в пределах страны), передача считается «эндемичной». [44] В качестве альтернативы вспышка объявляется, когда заболеваемость превышает обычную заболеваемость для любого данного времени или места. [45] Эпидемии могут длиться несколько дней или в течение нескольких лет. Кроме того, страны, в которых наблюдается возникновение эпидемии, также могут быть эндемичными. [45] Самая продолжительная эпидемия V. cholerae была зарегистрирована в Йемене. В Йемене было две вспышки, первая произошла в период с сентября 2016 года по апрель 2017 года, а вторая началась позже в апреле 2017 года и недавно считалась ликвидированной в 2019 году. [46] Эпидемия в Йемене унесла более 2500 жизней и затронула более 1 миллиона человек в Йемене. [46] Еще больше вспышек произошло в Африке, Америке и на Гаити.
При посещении районов с эпидемией холеры следует соблюдать следующие меры предосторожности: пить и использовать бутилированную воду; часто мыть руки с мылом и безопасной водой; использовать химические туалеты или закапывать фекалии, если туалета нет; не испражняться в водоемах и тщательно готовить пищу. Важно обеспечить наличие надлежащей безопасной воды. [47] Меры предосторожности — это правильная дезинфекция. [48] Гигиена рук является обязательной в районах, где нет мыла и воды. Если для мытья рук нет санитарных условий, потрите руки золой или песком и ополосните чистой водой. [49] Для тех, кто отправляется в район, где распространена холера, доступна однодозовая вакцина .
Существует вакцина V. cholerae для предотвращения распространения заболевания. Вакцина известна как «пероральная вакцина против холеры» (OCV). Для профилактики доступны три типа OCV: Dukoral®, Shanchol™ и Euvichol-Plus®. Все три OCV требуют двух доз для полной эффективности. Страны, которые являются эндемичными или имеют эпидемический статус, имеют право на вакцинацию на основе нескольких критериев: риск холеры, тяжесть холеры, условия WASH и возможности для улучшения, условия здравоохранения и возможности для улучшения, возможности для реализации кампаний OCV, возможности для проведения мероприятий по мониторингу и оценке, обязательства на национальном и местном уровнях [50] С мая начала программы OCV по май 2018 года более 25 миллионов вакцин были распространены в странах, которые соответствуют вышеуказанным критериям. [50]
Основное общее лечение холеры — регидратация, чтобы заменить потерянную жидкость. Пациентов с легким обезвоживанием можно лечить перорально с помощью раствора для пероральной регидратации (РПР) . [48] Когда пациенты сильно обезвожены и не могут принять необходимое количество РПР, обычно проводится внутривенное вливание жидкости. В некоторых случаях используются антибиотики, как правило, фторхинолоны и тетрациклины . [48]
V. cholerae (и Vibrionaceae в целом) [51] имеет две кольцевые хромосомы , вместе составляющие 4 миллиона пар оснований последовательности ДНК и 3885 предсказанных генов . [52] Гены холерного токсина переносятся CTXphi (CTXφ), умеренным бактериофагом, встроенным в геном V. cholerae . CTXφ может передавать гены холерного токсина от одного штамма V. cholerae к другому, что является одной из форм горизонтального переноса генов . Гены для токсина, корегулируемого пилями, кодируются островом патогенности Vibrio (VPI), который отделен от профага. [1]
Большая первая хромосома имеет длину 3 Мбп с 2770 открытыми рамками считывания (ORF). Она содержит важные гены токсичности, регуляции токсичности и важных клеточных функций, таких как транскрипция и трансляция . [1]
Вторая хромосома имеет длину 1 Мбн с 1115 ОРС. Она определена как отличающаяся от плазмиды или мегаплазмиды из-за включения в геном генов домашнего хозяйства и других важных генов, включая важные гены метаболизма, белков теплового шока и генов 16S рРНК , которые являются генами рибосомной субъединицы, используемыми для отслеживания эволюционных отношений между бактериями. Также важным для определения того, является ли репликон хромосомой, является то, представляет ли он значительный процент генома, а хромосома 2 составляет 40% по размеру всего генома. И, в отличие от плазмид, хромосомы не являются самопередающимися. [37] Однако вторая хромосома могла когда-то быть мегаплазмидой, поскольку она содержит некоторые гены, обычно встречающиеся в плазмидах, [1] включая начало репликации, похожее на пластиду P1 . [51]
CTXφ (также называемый CTXphi) — это нитевидный фаг , содержащий гены холерного токсина . Инфекционные частицы CTXφ образуются, когда V. cholerae заражает людей. Фаговые частицы секретируются из бактериальных клеток без лизиса . Когда CTXφ заражает клетки V. cholerae , он интегрируется в определенные сайты на любой хромосоме. Эти сайты часто содержат тандемные массивы интегрированного профага CTXφ . В дополнение к генам ctxA и ctxB, кодирующим холерный токсин, CTXφ содержит восемь генов, участвующих в размножении, упаковке, секреции, интеграции и регуляции фага. Геном CTXφ имеет длину 6,9 кб. [53]
Основными резервуарами V. cholerae являются водные источники, такие как реки , солоноватые воды и эстуарии , часто в сочетании с веслоногими рачками или другим зоопланктоном , моллюсками и водными растениями. [54]
Холерные инфекции чаще всего приобретаются через питьевую воду, в которой V. cholerae находится естественным образом или в которую он был занесен с фекалиями инфицированного человека. Холера чаще всего встречается и распространяется в местах с недостаточной очисткой воды, плохой санитарией и ненадлежащей гигиеной. Другими распространенными переносчиками являются сырая или недоваренная рыба и моллюски. Передача от человека к человеку очень маловероятна, и случайный контакт с инфицированным человеком не представляет риска для заболевания. [55] V. cholerae процветает в водной среде , особенно в поверхностных водах. Основная связь между людьми и патогенными штаммами осуществляется через воду, особенно в экономически неблагополучных районах, где нет хороших систем очистки воды. [43]
Непатогенные штаммы также присутствуют в водной экологии. Считается, что большое разнообразие патогенных и непатогенных штаммов, которые сосуществуют в водной среде, допускает так много генетических разновидностей. Передача генов довольно распространена среди бактерий, и рекомбинация различных генов V. cholerae может привести к появлению новых вирулентных штаммов. [56]
Определены симбиотические отношения между V. cholerae и Ruminococcus obeum . Аутоиндуктор R. obeum подавляет экспрессию нескольких факторов вирулентности V. cholerae . Этот ингибирующий механизм, вероятно, присутствует и у других видов кишечной микробиоты, что открывает путь к добыче кишечной микробиоты членов определенных сообществ, которые могут использовать аутоиндукторы или другие механизмы для ограничения колонизации V. cholerae или другими энтеропатогенами . Аутоиндукторы, особенно с V. cholerae, могут образовывать биопленки и контролировать вирулентность в ответ на внеклеточные молекулы, чувствительные к кворуму.
Вспышки холеры ежегодно вызывают около 120 000 смертей по всему миру. С 1817 года, первой пандемии, было около семи. Эти пандемии впервые возникли на индийском субконтиненте и распространились. [43]
Две серогруппы V. cholerae , O1 и O139, вызывают вспышки холеры. O1 вызывает большинство вспышек, в то время как O139 — впервые выявленный в Бангладеш в 1992 году — ограничен Юго-Восточной Азией. Многие другие серогруппы V. cholerae , с геном холерного токсина или без него (включая нетоксигенные штаммы серогрупп O1 и O139), могут вызывать холероподобное заболевание. Только токсигенные штаммы серогрупп O1 и O139 вызвали широкомасштабные эпидемии.
V. cholerae O1 имеет два биотипа, классический и El Tor , и каждый биотип имеет два различных серотипа, Inaba и Ogawa. Симптомы инфекции неразличимы, хотя больше людей, инфицированных биотипом El Tor, остаются бессимптомными или имеют только легкую форму заболевания. В последние годы инфекции классическим биотипом V. cholerae O1 стали редкими и ограничиваются частями Бангладеш и Индии . [57] Недавно новые вариантные штаммы были обнаружены в нескольких частях Азии и Африки. Наблюдения показывают, что эти штаммы вызывают более тяжелую холеру с более высокими показателями летальности.
V. cholerae можно заставить стать компетентным для естественной генетической трансформации при выращивании на хитине , биополимере, который в изобилии присутствует в водных средах обитания (например, в экзоскелетах ракообразных). [58] Естественная генетическая трансформация - это половой процесс, включающий перенос ДНК из одной бактериальной клетки в другую через промежуточную среду и интеграцию донорской последовательности в геном реципиента путем гомологичной рекомбинации . Компетентность трансформации у V. cholerae стимулируется увеличением плотности клеток, сопровождаемым ограничением питательных веществ, снижением скорости роста или стрессом. [58] Механизм поглощения V. cholerae включает в себя пили , индуцированные компетентностью , и консервативный белок связывания ДНК, который действует как храповик для наматывания ДНК в цитоплазму. [59] [60] Существует две модели генетической трансформации: гипотеза пола и компетентные бактерии. [61]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )