Haemophilus influenzae (ранее называвшаяся палочкой Пфайффера или Bacillus influenzae ) — грамотрицательная , неподвижная , коккобациллярная , факультативно анаэробная , капнофильная патогенная бактерия семейства Pasteurellaceae . Бактерии мезофильны и лучше всего растут при температуре от 35 до 37 °C. [1]
H. influenzae был впервые описан в 1893 году [2] [3] Ричардом Пфайффером во время пандемии гриппа [4] , когда он неправильно определил его как микроб-возбудитель, из-за чего бактерия получила название «influenzae». [5] [6] H. influenzae вызывает широкий спектр локализованных и инвазивных инфекций, обычно у младенцев и детей, [7] включая пневмонию, менингит или инфекции кровотока. [8] Лечение состоит из антибиотиков; однако H. influenzae часто устойчив к пенициллинам, но в легких случаях можно использовать амоксициллин/клавулановую кислоту . [9] Серотип B H. influenzae является основной причиной менингита у младенцев и маленьких детей, часто вызывая глухоту и умственную отсталость. Однако разработка в 1980-х годах вакцины, эффективной в этой возрастной группе ( вакцина Hib ), практически устранила эту проблему в развитых странах.
Этот вид был первым организмом, весь геном которого секвенирован. [10] [11]
H. influenzae — небольшая грамотрицательная бактерия размером примерно от 0,3 до 1 микрометра. [12] Как и другие грамотрицательные бактерии, H. influenzae имеет тонкий слой пептидогликана , окруженный внешней мембраной, содержащей липополисахарид . [13] Некоторые виды H. influenzae содержат полисахаридную капсулу вокруг внешней мембраны, которая способствует защите и колонизации. [14] Бактерии плеоморфны , что означает, что форма бактерии варьируется, однако обычно она представляет собой коккобациллу или палочковидную форму. [15] H. Influenzae содержит пили, которые прикрепляются к носоглотке человека. Пили H. Influenzae , в отличие от пилей E. coli, сопротивляются раскручиванию, что обеспечивает более сильное прилипание и сопротивление изгнанию при кашле или чихании. [16] Меньшая часть нетипируемых или неинкапсулированных H. influenzae использует различные методы прикрепления, такие как пили, адгезины или белки Hia и Hap. [17] Хотя у бактерий есть пили, они не используются для традиционного движения или подвижности, и бактерия по-прежнему считается неподвижной. [18]
Клеточная стенка бактерии H. influenzae содержит различные белки, называемые аутотранспортерами, обеспечивающие прикрепление и образование колоний. H. influenzae предпочитает связываться со слизистой оболочкой или нереснитчатыми эпителиальными клетками, чему способствуют автотранспортеры Hap𝘴 в клеточной стенке, связывающиеся с неизвестными рецепторами внутри эпителия. [19] Автотранспортеры Hap𝘴 также способствуют образованию микроколоний бактерий. Эти микроколонии, вероятно, ответственны за образование различных биопленок в организме, например, ответственных за инфекции среднего уха или легких. [19]
Пенициллинсвязывающие белки (PBP) катализируют этапы метаболизма пептидогликана . Они осуществляют важные процессы, необходимые для построения и модификации клеточной стенки. [20] Эти белки являются мишенями, блокируемыми пенициллином и другими бета-лактамными антибиотиками , которые связываются с PBP, отсюда и их название. [21] Некоторые устойчивые к антибиотикам изоляты H. Influenzae содержат модифицированные PBP, которые противостоят действию бета-лактамов, продуцируя бета-лактамазы, разрушающие эти антибиотики. Эта устойчивость, вероятно, обусловлена мутацией N526K или заменой R517H в сочетании с другой неизвестной мутацией. Замена R517H сама по себе не имела более низкого сродства к пенициллину и, следовательно, не могла сама по себе вызывать резистентность. [20] Появление бета-лактамаз в 1970-х годах привело к изменению терапии тяжелых случаев H. influenzae с ампициллина на цефалоспорины , однако дальнейшая устойчивость к цефалоспоринам произошла из-за изменений в транспептидазном домене пенициллинсвязывающего белка 3 (PBP3). . [22]
Изоляты H. influenzae первоначально характеризовались как инкапсулированные (имеющие внеклеточный полисахаридный слой, бактериальную капсулу ) или неинкапсулированные. Инкапсулированные штаммы были далее классифицированы на основе иммунного ответа на тип полисахаридов в их капсуле. Шесть общепризнанных типов инкапсулированного H. influenzae : a, b, c, d, e и f. [23] H. Influenzae типа b, также известный как Hib, является наиболее распространенной формой, узнаваемой по капсуле из полирибозилрибитолфосфата (PRP) и встречающейся в основном у детей. [24] Типы a, e и f выделяются нечасто, а типы d и c — редко. Неинкапсулированные штаммы генетически более разнообразны, чем инкапсулированные. [25] Неинкапсулированные штаммы называются нетипируемыми (NTHi), поскольку у них отсутствуют капсульные серотипы; однако теперь все изоляты H. influenzae можно классифицировать с помощью мультилокусного типирования последовательностей и других молекулярных методов. Большинство штаммов NTHi считаются частью нормальной флоры человека в верхних и нижних дыхательных путях, половых органах и конъюнктиве (слизистой оболочке глаза). [24]
H. influenzae использует путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса (EMP) для гликолиза и пентозофосфатный путь , который является скорее анаболическим , чем катаболическим . Цикл лимонной кислоты неполный, и в нем отсутствуют некоторые ферменты, которые присутствуют в полностью функционирующем цикле. Ферментами, отсутствующими в цикле ТСА, являются цитратсинтаза , аконитатгидратаза и изоцитратдегидрогеназа . [26] H. influenzae был обнаружен как в аэробной, так и в анаэробной среде, а также в средах с различным pH. [27]
H. influenzae был первым свободноживущим организмом, весь геном которого секвенирован. Выполнено Крейгом Вентером и его командой в Институте геномных исследований , который сейчас является частью Института Дж. Крейга Вентера . Haemophilus был выбран потому, что один из руководителей проекта, нобелевский лауреат Гамильтон Смит , работал над ним десятилетиями и смог предоставить высококачественные библиотеки ДНК. В качестве метода секвенирования использовался метод полногеномного секвенирования , который был завершен и опубликован в журнале Science в 1995 году. [10]
Геном штамма Rd KW20 состоит из 1 830 138 пар оснований ДНК в одной кольцевой хромосоме, которая содержит 1604 гена, кодирующего белки, 117 псевдогенов, 57 генов тРНК и 23 других гена РНК. [10] Около 90% генов имеют гомологи в E. coli , другой гамма-протеобактерии . Фактически, сходство между генами двух видов колеблется от 18% до 98% идентичности последовательностей белков , при этом большинство из них имеют 40-80% общих аминокислот (в среднем 59%). [28]
Конъюгативные плазмиды (молекулы ДНК, способные к горизонтальному переносу между различными видами бактерий) часто можно обнаружить у H. influenzae . Обычно плазмида F+ компетентной бактерии Escherichia coli конъюгируется с бактерией H. influenzae , что затем позволяет плазмиде перемещаться между нитями H. influenzae посредством конъюгации. [29]
Мутанты H. influenzae с дефектом гена Rec1 (гомолога RecA ) очень чувствительны к уничтожению окислителем перекисью водорода. [30] Эти данные свидетельствуют о том, что экспрессия Rec1 важна для выживания H. influenzae в условиях окислительного стресса. Поскольку он является гомологом RecA , Rec1, вероятно, играет ключевую роль в рекомбинационной репарации повреждений ДНК. Таким образом, H. influenzae может защищать свой геном от активных форм кислорода, вырабатываемых фагоцитирующими клетками хозяина, посредством рекомбинационной репарации окислительных повреждений ДНК. [31] Рекомбинационная репарация поврежденного участка хромосомы требует, помимо Rec1 , второй гомологичной неповрежденной молекулы ДНК. Отдельные клетки H. influenzae способны поглощать гомологичную ДНК из других клеток в процессе трансформации . Трансформация у H. influenzae включает по меньшей мере 15 генных продуктов [10] и, вероятно, является адаптацией для восстановления повреждений ДНК в резидентной хромосоме. [32]
Бактериальную культуру H. influenzae проводят на чашках с агаром. Самый сильный рост наблюдается на шоколадном агаре при 37°C в инкубаторе, обогащенном CO2 . [33] Идеальная концентрация CO 2 для культуры составляет ~5%. [34] Однако адекватный рост часто наблюдается на агаре для инфузии мозга и сердца, дополненном гемином и никотинамидадениндинуклеотидом ( НАД).
Колонии H. influenzae выглядят как выпуклые, гладкие, бледные, серые или прозрачные колонии со слабым запахом . [34] H. influenzae будет расти на кровяном агаре только в том случае, если присутствуют другие бактерии, которые высвобождают эти факторы из эритроцитов, образуя вокруг этих бактерий «сателлитные» колонии. Например, H. influenzae будет расти в гемолитической зоне Staphylococcus aureus на чашках с кровяным агаром; гемолиз клеток S. aureus высвобождает НАД, необходимый для их роста. H. influenzae не будет расти за пределами гемолитической зоны S. aureus из-за недостатка питательных веществ в этих зонах. [35]
Клинические особенности инфекции дыхательных путей могут включать начальные симптомы инфекции верхних дыхательных путей, имитирующие вирусную инфекцию, обычно сопровождающиеся субфебрильной лихорадкой. В течение нескольких дней заболевание может распространиться на нижние дыхательные пути, при этом симптомы часто напоминают симптомы свистящего бронхита. Мокроту может быть трудно отхаркивать, она часто имеет серый или кремовый цвет. Без соответствующего лечения кашель может сохраняться в течение нескольких недель. Во многих случаях диагноз диагностируется после выявления инфекций грудной клетки, которые не реагируют на пенициллины или цефалоспорины первого поколения. Рентгенография грудной клетки позволяет выявить консолидацию альвеол. [36]
Клинический диагноз инвазивной инфекции H. influenzae (инфекция, которая распространилась в кровоток и внутренние ткани) обычно подтверждается бактериальной культурой , тестами агглютинации латексных частиц или тестами полимеразной цепной реакции на клинических образцах, полученных из стерильного участка тела. В этом отношении H. influenzae , культивированный из носоглоточной полости или горла, не будет указывать на заболевание H. influenzae , поскольку эти участки колонизируются у здоровых людей. [37] Однако H. influenzae , выделенный из спинномозговой жидкости, крови или суставной жидкости, может указывать на инвазивную инфекцию H. influenzae . При микроскопическом исследовании окрашенного по Граму образца H. influenzae выявляются грамотрицательные коккобактерии . Культивируемый организм можно дополнительно охарактеризовать с помощью тестов на каталазу и оксидазу , оба из которых должны быть положительными. Необходимо дальнейшее серологическое тестирование, чтобы отличить капсульный полисахарид и дифференцировать H. influenzae b от неинкапсулированных штаммов. [ нужна цитата ]
Несмотря на высокую специфичность, бактериальная культура H. influenzae не обладает чувствительностью. Использование антибиотиков перед сбором образцов значительно снижает уровень изоляции, поскольку бактерии убивают до того, как становится возможной их идентификация. [38] Недавняя работа показала, что H. influenzae использует узкоспециализированный спектр питательных веществ, где лактат является предпочтительным источником углерода. [39]
Тест агглютинации латексных частиц (LAT) является более чувствительным методом выявления H. influenzae , чем культуральное исследование. [40] Поскольку метод основан на антигене, а не на жизнеспособных бактериях, результаты не искажаются предшествующим применением антибиотиков. Он также имеет дополнительное преимущество: он быстрее, чем методы культивирования. Однако тестирование чувствительности к антибиотикам невозможно только с помощью ЛАТ, поэтому необходим параллельный посев. [41]
Было доказано, что анализы полимеразной цепной реакции (ПЦР) более чувствительны, чем LAT или культуральные тесты, и обладают высокой специфичностью. [42] Эти ПЦР-тесты можно использовать для капсульного типирования инкапсулированных штаммов H. influenzae . [43]
Многие микробы колонизируются внутри организма-хозяина. Колонизация происходит, когда микроорганизм продолжает размножаться внутри хозяина без взаимодействия, не вызывая видимых признаков заболевания или инфекции. H. influenzae колонизируется у взрослых иначе, чем у маленьких детей. Поскольку эта бактерия быстрее колонизирует детей раннего возраста, они способны переносить более одного штамма одной и той же бактерии. На взрослой стадии жизни человек, скорее всего, станет носителем только одного штамма, поскольку эта бактерия не так агрессивно колонизируется у взрослых. Почти все младенцы подвергаются колонизации этими бактериями в течение первого года жизни. [17]
H. influenzae обычно обнаруживается внутри и на теле человека, но может также жить на различных сухих и твердых поверхностях до 12 дней. [44] [45] Большинство штаммов H. influenzae являются условно-патогенными микроорганизмами; то есть они обычно живут в своем хозяине, не вызывая заболеваний, но вызывают проблемы только тогда, когда другие факторы (такие как вирусная инфекция, снижение иммунной функции или хроническое воспаление тканей, например, вследствие аллергии) создают такую возможность. Они заражают хозяина, прикрепляясь к клетке-хозяину с помощью тримерных адгезинов-автотранспортеров . [46]
Патогенез инфекций H. influenzae до конца не изучен, хотя известно, что наличие капсулы полирибозилрибитолфосфата (PRP) в инкапсулированном типе b (Hib), серотипе, вызывающем такие состояния, как эпиглоттит , является основным фактором вирулентности. [47] Их капсула позволяет им противостоять фагоцитозу и лизису, опосредованному комплементом , у неиммунного хозяина. Неинкапсулированные штаммы почти всегда менее инвазивны; однако они могут вызывать у людей воспалительную реакцию, которая может привести ко многим симптомам. Вакцинация конъюгированной Hib-вакциной эффективна для предотвращения инфекции Hib, но не предотвращает инфицирование штаммами NTHi. [48]
H. influenzae может вызывать инфекции дыхательных путей, включая пневмонию, средний отит, эпиглоттит (отек в горле), инфекции глаз и кровотока, менингит. Это также может вызвать целлюлит (кожную инфекцию) и инфекционный артрит (воспаление суставов). [49]
Естественно приобретенное заболевание, вызванное H. influenzae, по-видимому, встречается только у людей. До введения вакцины [Hib] у здоровых детей в возрасте до 5 лет H. influenzae типа b вызывал более 80% агрессивных инфекций. [50] У младенцев и детей раннего возраста H. influenzae типа b (Hib) вызывает бактериемию , пневмонию , эпиглоттит и острый бактериальный менингит . [51] Иногда он вызывает целлюлит , остеомиелит и инфекционный артрит . Это одна из причин неонатальной инфекции . [52]
Благодаря регулярному использованию вакцины против Hib в США с 1990 года заболеваемость инвазивной Hib-инфекцией у детей снизилась до 1,3 на 100 000. [51] Однако Hib остается основной причиной инфекций нижних дыхательных путей у младенцев и детей в развивающихся странах, где вакцина не используется широко. Неинкапсулированные штаммы H. influenzae не подвергаются воздействию Hib-вакцины и вызывают инфекции уха ( средний отит ), глазные инфекции ( конъюнктивит ) и синусит у детей, а также связаны с пневмонией. [51]
Некоторые штаммы H. influenzae продуцируют бета-лактамазы, а также способны модифицировать свои пенициллин-связывающие белки , поэтому бактерии приобрели устойчивость к антибиотикам пенициллинового семейства. В тяжелых случаях предпочтительными антибиотиками являются цефотаксим и цефтриаксон , доставляемые непосредственно в кровоток, а в менее тяжелых случаях предпочтительна комбинация ампициллина и сульбактама , цефалоспоринов второго и третьего поколения или фторхинолонов . ( Обнаружены штаммы H. influenzae , устойчивые к фторхинолонам ). [53]
Макролиды и фторхинолоны обладают активностью против нетипируемого H. influenzae и могут использоваться у пациентов с аллергией на бета-лактамные антибиотики в анамнезе. [54] Однако также наблюдалась резистентность к макролидам. [55]
Серьезными осложнениями HiB являются повреждение головного мозга, потеря слуха и даже смерть. Хотя нетипируемые штаммы H. influenzae редко вызывают серьезные заболевания, они с большей вероятностью вызывают хронические инфекции, поскольку обладают способностью изменять свои поверхностные антигены. Хронические инфекции обычно не так серьезны, как острые. [56]
Есть несколько других возможных заболеваний и состояний, которые могут возникнуть из-за H. influenzae , в зависимости от областей, в которых они существуют в организме человека. Эта бактерия может существовать в носовых ходах (особенно в носоглотке), ушном проходе и легких. Присутствие бактерии в этих областях может привести к некоторым заболеваниям, таким как средний отит, хроническое обструктивное заболевание легких (ХОБЛ), эпиглоттит и астма, которые могут стать тяжелыми. [27]
Эффективные вакцины против Haemophilus influenzae серотипа b доступны с начала 1990-х годов и рекомендуются детям в возрасте до 5 лет и пациентам с асплезой. Всемирная организация здравоохранения рекомендует пятивалентную вакцину , сочетающую вакцины против дифтерии , столбняка , коклюша , гепатита В и Hib. Пока нет достаточных доказательств того, насколько эффективна эта пятивалентная вакцина по сравнению с отдельными вакцинами. [57]
Стоимость вакцин против Hib примерно в семь раз превышает общую стоимость вакцин против кори, полиомиелита, туберкулеза, дифтерии, столбняка и коклюша. Следовательно, хотя по состоянию на 2003 год 92% населения развитых стран было вакцинировано против Hib, охват вакцинацией составил 42% в развивающихся странах и только 8% в наименее развитых странах. [58]
Вакцины против Hib не обеспечивают перекрестной защиты от других серотипов H. influenzae , таких как Hia, Hic, Hid, Hie или Hif. [59]
Была разработана пероральная вакцинация против нетипируемого H. influenzae (NTHi) для пациентов с хроническим бронхитом , но ее эффективность в снижении числа и тяжести обострений ХОБЛ не доказана . [60] Однако не существует эффективной вакцины против других типов капсулированного H. influenzae или NTHi. [ нужна цитата ]
Вакцины, нацеленные на неинкапсулированные серотипы H. influenzae , находятся в стадии разработки. [61]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь )