Burkholderia mallei — грамотрицательная , биполярная [ требуется уточнение ] , аэробная бактерия , патоген человека и животных рода Burkholderia, вызывающий сап ; латинское название этого заболевания ( malleus ) дало название виду, вызывающему его. Она тесно связана с B. pseudomallei и по мультилокусному секвенированию является подвидом B. pseudomallei. [1] B. mallei произошла от B. pseudomallei путем селективной редукции и делеций изгенома B. pseudomallei . [2] В отличие от B. pseudomallei и других членов рода, B. mallei неподвижна; ее форма — коккобациллярная , размером около 1,5–3,0 мкм в длину и 0,5–1,0 мкм в диаметре с закругленными концами.
Вильгельм Шютц и Фридрих Леффлер впервые выделили B. mallei в 1882 году. [3] Она была выделена из инфицированной печени и селезенки лошади. [4] Эта бактерия также является одной из первых, содержащих систему секреции типа VI , которая важна для ее патогенности. [5] В 1885 году немецкий ботаник и бактериолог Вильгельм Цопф (1846–1909) дал патогену его биномиальное название после анализа образцов бактерии. Он дополнительно уточнил свои наблюдения с патогеном в 1886 году. [6]
Большинство организмов в пределах Burkholderiaceae живут в почве; однако B. mallei не живет в ней. Поскольку B. mallei является облигатным патогеном млекопитающих , он должен инфицировать хозяина -млекопитающего, чтобы жить и передаваться от одного хозяина к другому. [7]
B. mallei очень тесно связан с B. pseudomallei , будучи на 99% идентичным по сохраненным генам по сравнению с B. pseudomallei . У B. mallei примерно на 1,4 Мб меньше ДНК, чем у B. pseudomallei . [4] B. mallei , возможно, на самом деле произошел от штамма B. pseudomallei после того, как последний заразил животное. Бактерия могла потерять гены, которые не были необходимы для жизни в животном-хозяине. Это предположение нашло поддержку в исследованиях, которые сравнивают штаммы B. mallei с B. pseudomallei и указывают на то, что их два соответствующих генома очень похожи. Гены, которые позволили бактерии выжить в почвенной среде, как и гены, которые дали B. mallei способность защищать от бактерицидных препаратов, антибиотиков и противогрибковых препаратов, вероятно, были удалены. Таким образом, причина, по которой B. mallei не встречается вне хозяина, заключается в том, что у нее отсутствуют гены, необходимые для выживания в почве. Сравнение геномов также, по-видимому, указывает на то, что B. mallei все еще развивается и адаптируется к внутриклеточному образу жизни. [8]
Геном B. mallei был секвенирован в Соединенных Штатах Институтом геномных исследований . Размер генома меньше, чем у B. pseudomallei . Последовательность B. mallei выявила хромосому размером 3,5 мегапар оснований (Мб) и «мегаплазмиду» размером 2,3 Мб. Также было обнаружено множество последовательностей вставок и генов с переменной фазой. [3] Геном B. mallei состоит из двух кольцевых хромосом. В хромосоме 1 расположены гены, связанные с метаболизмом, образованием капсулы и биосинтезом липополисахаридов. У B. mallei есть полисахаридная капсула , что указывает на его потенциал как патогена. В хромосоме 2 расположена большая часть информации о системах секреции и генах, связанных с вирулентностью . [4] Мультилокусное типирование последовательностей показало, что B. mallei, скорее всего, произошел от редукции клона B. pseudomallei . Около 1000 генов B. pseudomellei отсутствуют или варьируются в геноме B. mallei . Геном B. mallei также имеет большое количество последовательностей вставок. [8]
Burkholderia mallei сначала называлась " Bacillus mallei " и была в роде Pseudomonas до начала 1990-х годов. Теперь она является частью рода Burkholderia . [3]
Не существует стандартизированной системы для дифференциации B. mallei и B. pseudomallei . Методы, которые использовались для дифференциации и идентификации одного штамма от другого, включают риботипирование , электрофорез в пульсирующем поле , электрофорез ферментов с несколькими локусами, анализ случайной амплификации полиморфной ДНК и типирование последовательностей с несколькими локусами. [3] Однако сравнение ДНК B. mallei и B. pseudomallei должно проводиться на уровне 23S рДНК, поскольку на уровне 16S рДНК между двумя видами не обнаружено идентифицируемых различий . [9]
B. mallei и B. pseudomallei можно культивировать в лаборатории; для выращивания бактерий можно использовать питательный агар . При выращивании в культуре B. mallei растет в гладких, серых, полупрозрачных колониях . За 18 часов при 37 °C колония B. mallei может вырасти примерно до 0,5–1,0 мм в диаметре. Рост культуры B. mallei на агаре Макконки изменчив. Многие микробиологи не знакомы с B. mallei , и в результате ее часто ошибочно идентифицировали как вид Pseudomonas или как загрязнитель в культуре. [3]
Бактерия восприимчива к многочисленным дезинфицирующим средствам, включая хлорид бензалкония , йод , хлорид ртути , перманганат калия , 1% гипохлорит натрия и этанол . Микроорганизм также может быть уничтожен нагреванием или ультрафиолетовым светом. Сообщалось, что такие антибиотики , как стрептомицин , амикацин , тетрациклин , доксициклин , карбапенемы , цефтазидим , амоксициллин/клавулановая кислота , пиперациллин , хлорамфеникол и сульфатиазол эффективны против бактерий in vitro . B. mallei , как и B. pseudomallei , также устойчив к ряду антибиотиков, включая аминогликозиды , полимиксины и бета-лактамы . В настоящее время не существует вакцины для людей или животных, которая могла бы защитить от заражения B. mallei . [3] Перед разработкой вакцины необходима модель на животных, которая будет предсказывать иммунные реакции, необходимые для создания иммунитета к бактерии. Мыши довольно близки к людям по восприимчивости к B. mallei и были бы идеальным выбором животного для создания модели для вакцины. [4]
Burkholderia mallei вызывает сап , который исторически в основном поражал животных, таких как лошади , мулы и ослы , и редко людей. Лошади считаются естественным хозяином для инфекции B. mallei и очень восприимчивы к ней. [4] B. mallei заражает и получает доступ к клетке своего хозяина через лизис входной вакуоли . B. mallei обладает зависящей от бактериального белка, основанной на актине подвижностью, попав внутрь клетки. Он также способен инициировать слияние клеток хозяина, что приводит к образованию многоядерных гигантских клеток (MNGC). Последствия MNGC еще предстоит определить, но это может позволить бактериям распространяться в другие клетки, избегать ответов иммунной системы инфицированного хозяина или позволять бактериям оставаться в хозяине дольше. B. mallei способен выживать внутри клеток хозяина благодаря своей способности нарушать функции клетки по уничтожению бактерий. Он покидает вакуоли рано, что обеспечивает эффективную репликацию бактерий внутри клетки. Ранний выход из клетки также предотвращает уничтожение бактерий лизосомальными дефензинами и другими агентами, убивающими патогены. MNGC могут помочь защитить бактерии от иммунных реакций. [10] Способность B. mallei жить внутри клетки-хозяина делает разработку вакцины против нее сложной и трудной. Вакцина должна будет создать клеточно-опосредованный иммунный ответ, а также гуморальный ответ на бактерии, чтобы быть эффективной в защите от B. mallei . Что касается вакцины против B. mallei , близость B. mallei к B. pseudomallei может сделать возможным, что вакцина, разработанная для любого типа, будет эффективна против другого. [7]
Лошади , хронически инфицированные B. mallei с болезнью сапа, обычно испытывают слизистые выделения из носа, поражения легких и узелки вокруг печени или селезенки. Острая инфекция у лошадей приводит к высокой температуре, потере жира или мышц, эрозии поверхности носовой перегородки , кровотечению или выделению слизи. Бактерия в основном поражает легкие и дыхательные пути. [4] Заражение человека B. mallei встречается редко, хотя иногда случается среди лабораторных работников, имеющих дело с бактериями, или тех, кто часто находится рядом с инфицированными животными. [3] Бактерии обычно заражают человека через глаза, нос, рот или порезы на коже. После заражения у людей развивается лихорадка и озноб . В конечном итоге у них развивается пневмония , пустулы и абсцессы , которые оказываются смертельными в течение недели-10 дней, если их не лечить антибиотиками. То, как кто-то заражается бактериями, также влияет на тип симптомов , которые возникнут. Если бактерии проникают через кожу, может возникнуть местная кожная инфекция, а вдыхание B. mallei может вызвать септические или легочные, мышечные, печеночные или селезеночные инфекции. Инфекция B. mallei имеет уровень смертности 95% при отсутствии лечения и 50% у лиц, принимающих антибиотики. [4]
В первые дни заражения B. mallei нейтрофилы , макрофаги и Т-клетки в больших количествах направляются в селезенку. Ранний клеточный ответ на заражение B. mallei включает клетки Gr-1+ ( антиген ), что подразумевает их важность для иммунитета против этой бактериальной инфекции. Т-клетки ( оксид азота ) на самом деле больше вовлечены в борьбу с B. mallei на поздних стадиях заражения хозяина. [11]
Липополисахарид, выделенный из B. mallei, продемонстрировал значительно более низкую биологическую активность по сравнению с ЛПС из Escherichia coli , что согласуется с более низкой степенью ацилирования его липида A : основные формы липида A B. mallei были пента- и тетраацилированными, тогда как классический липид A из E. coli был гексаацилированным. Кроме того, липид A из B. mallei содержит остаток 4-амино-4-дезоксиарабинозы почти в половине молекул, что частично нейтрализует отрицательный заряд фосфатных групп , необходимых для взаимодействия с положительно заряженными аминокислотами TLR4 . В то же время ацильные цепи липида A в B. mallei были в среднем длиннее (14–16 атомов углерода ), чем в E. coli (14 атомов углерода), однако ЛПС из B. mallei оказался более слабым активатором. B. mallei может использовать ЛПС с низкой биологической активностью, чтобы избежать надлежащего распознавания комплексом TLR4 / MD -2 врожденной иммунной системы , ослабляя иммунный ответ хозяина и увеличивая риск распространения бактерий. [12]
Burkholderia mallei была искоренена в Соединенных Штатах и большинстве западных стран, но все еще поражает животных в Африке, Азии, на Ближнем Востоке, в Центральной Америке и Южной Америке. [4] Многие западные страны смогли искоренить это заболевание с помощью программ по борьбе с сапом и законов, требующих уведомления о случаях заражения в департаменты здравоохранения и уничтожения любого животного, пораженного B. mallei . [13]
Burkholderia mallei и B. pseudomallei имеют историю нахождения в списке потенциальных биологических боевых агентов. Центры по контролю и профилактике заболеваний классифицируют B. mallei как критический биологический агент категории B. [7] В результате исследования, касающиеся B. mallei, могут проводиться только в учреждениях биологической безопасности уровня 3 в США и на международном уровне. Хотя это очень заразно и потенциальное биологическое оружие, было проведено мало исследований этой бактерии. [4] B. mallei и B. pseudomallei в соответствии с политикой институционального надзора за биологическими науками двойного назначения, вызывающими беспокойство, будут подлежать надзору для обеспечения ответственного расследования этих агентов. [14]
В марте 2000 года один из первых случаев сапа с 1940-х годов в Соединенных Штатах произошел у молодого микробиолога, работавшего в Медицинском научно-исследовательском институте инфекционных заболеваний армии США . Исследователь страдал диабетом 1 типа и работал с B. mallei около двух лет, но он не всегда надевал перчатки во время проведения своих исследований. У исследователя увеличились лимфатические узлы и поднялась температура , которая продолжалась в течение 10 дней даже при лечении антибиотиками. В последующие недели исследователь испытывал усталость , озноб, ночную потливость и потерю веса. В следующем месяце его симптомы, казалось, исчезли после лечения кларитромицином , но после того, как прием лекарства был прекращен, симптомы появились снова. После проведения нескольких тестов на культурах из крови исследователя и биопсийной части абсцесса печени бактерия была идентифицирована как B. mallei . После того, как было установлено, что именно заразило исследователя, был назначен еще один курс антибиотиков ( имипенем и доксициклин ) с 6-месячным лечением. Через год исследователь полностью выздоровел.
Этот инцидент также показал, что порез или ссадина на коже не являются абсолютно необходимыми для заражения болезнью, поскольку исследователь не помнил ни одного пореза или несчастного случая во время работы в лаборатории. Случай был значимым, поскольку он показал трудности, с которыми сталкиваются микробиологические лаборатории при идентификации агентов биологического оружия, и потенциальные последствия, если не будут приняты меры для подготовки к реальной биологической атаке. [13]
Burkholderia mallei преднамеренно использовалась для заражения животных и людей во время Первой мировой войны. Немцы использовали B. mallei для заражения сапом животных, которых отправляли из нейтральных стран союзникам. [3] Планы немцев по биологической войне начались в 1915 году на восточном побережье Соединенных Штатов; они намеревались заразить и убить скот, который отправляли союзникам, и способствовать передаче болезни людям. На восточном побережье собиралось много животных для отправки союзникам, сражавшимся в Европе. Немцы также нацелились на поставки животных в Румынию , Норвегию и Испанию с помощью культур сапа. Немецкая биологическая диверсия в конечном итоге распространилась на Аргентину , где агенты полагались на бактериальные культуры из Испании для заражения крупного рогатого скота, лошадей и мулов, которых Аргентина поставляла союзникам. Использование немцами микробов в качестве оружия является одним из немногих задокументированных случаев преднамеренного использования биологического оружия против нейтральных стран. [15]
Японцы использовали B. mallei в своих исследовательских подразделениях по биологической войне. Наиболее известное и печально известное подразделение, Unit 731 , использовало бактерию для проведения экспериментов на живых людях. Однако японцы не создали биологическое оружие из B. mallei . Они фактически использовали B. mallei для проверки его эффективности в загрязнении источников воды, и результаты этих испытаний были успешными.
Русская программа биологического оружия также проявила интерес к B. mallei и провела с ним полевые испытания. Некоторые исследователи программы были фактически инфицированы и убиты им в ходе своих исследований. Было высказано предположение, что Советский Союз в конечном итоге использовал B. mallei во время своей войны в Афганистане против моджахедов . [3]