Gronkowce

Gronkowiec został odkryty w 1878 roku przez R. Kocha, a w 1880 roku przez L. Pasteura w materiale ropnym. L. Pasteur, po zakażeniu królika, ostatecznie udowodnił rolę gronkowca jako czynnika wywołującego zapalenie ropne. Nazwę „gronkowiec” nadał w 1881 roku A. Ogston (ze względu na charakterystyczny układ komórek), a jego właściwości szczegółowo opisał w 1884 roku F. Rosenbach.

Gronkowce to gram-dodatnie, geometrycznie regularne, kuliste komórki o średnicy 0,5-1,5 μm, zwykle zlokalizowane w skupiskach, katalazo-dodatnie, redukują azotany do azotynów, aktywnie hydrolizują białka i tłuszcze, fermentują glukozę w warunkach beztlenowych, tworząc kwas bez gazu. Zwykle mogą rosnąć w obecności 15% NaCl i w temperaturze 45 °C. Zawartość G + C w DNA wynosi 30-39 mol %. Gronkowce nie mają wici i nie tworzą zarodników. Są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Ich głównym rezerwuarem jest skóra ludzi i zwierząt oraz ich błony śluzowe komunikujące się ze środowiskiem zewnętrznym. Gronkowce są fakultatywnymi beztlenowcami, tylko jeden gatunek (Staphylococcus saccharolyticus) jest beztlenowcem ścisłym. Gronkowce nie są wymagające co do pożywek, dobrze rosną na zwykłych podłożach, optymalna temperatura do wzrostu wynosi 35-37"C, pH 6,2-8,4. Kolonie są okrągłe, o średnicy 2-4 mm, o gładkich krawędziach, wypukłe, nieprzezroczyste, pomalowane na kolor powstającego pigmentu. Wzrostowi w hodowli płynnej towarzyszy równomierne zmętnienie, z czasem wypada luźny osad. Gronkowce rosnące na zwykłych podłożach nie tworzą otoczki, jednak przy wysiewie przez wstrzyknięcie do półpłynnego agaru z osoczem lub surowicą większość szczepów S. aureus tworzy otoczkę. Szczepy bezotoczkowe w półpłynnym agarze rosną w postaci zwartych kolonii, szczepy otoczkowe tworzą kolonie rozproszone.

Gronkowce mają wysoką aktywność biochemiczną: fermentują glicerol, glukozę, maltozę, laktozę, sacharozę, mannitol z wydzielaniem kwasu (bez gazu); tworzą różne enzymy (plazmakoagulazę, fibrynolizynę, lecytynazę, lizozym, fosfatazę alkaliczną, DNazę, hialuronidazę, reduktazę tellurową, proteinazę, żelatynazę itp.). Enzymy te odgrywają ważną rolę w metabolizmie gronkowców i w dużej mierze decydują o ich patogenności. Takie enzymy jak fibrynolizyna i hialuronidaza powodują wysoką inwazyjność gronkowców. Plazmakoagulaza jest głównym czynnikiem ich patogenności: chroni przed fagocytozą i przekształca protrombinę w trombinę, co powoduje koagulację fibrynogenu, w wyniku czego każda komórka zostaje pokryta białkowym filmem, który chroni przed fagocytami.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Czynniki patogeniczności gronkowców

Gronkowiec jest wyjątkowym mikroorganizmem. Może powodować ponad 100 różnych chorób, powiązanych z jedenastoma klasami według Międzynarodowej Klasyfikacji z 1968 r. Gronkowce mogą wpływać na każdą tkankę, każdy narząd. Ta właściwość gronkowców wynika z obecności dużego kompleksu czynników patogeniczności.

Czynniki adhezyjne – przyłączanie się gronkowców do komórek tkanek wynika z ich hydrofobowości (im wyższa, tym silniejsze są właściwości adhezyjne), a także z właściwości adhezyjnych polisacharydów, prawdopodobnie także białka A, oraz zdolności wiązania fibroniektyny (receptora niektórych komórek).

Różne enzymy pełniące rolę czynników „agresji i obrony”: plazmokoagulaza (główny czynnik patogeniczności), hialuronidaza, fibrynolizyna, DNaza, enzym lizozymopodobny, lecytynaza, fosfataza, proteinaza itp.

Kompleks wydzielanych egzotoksyn:

• Toksyny uszkadzające błony - a, p, 8 i y. Wcześniej określano je jako hemolizyny, nekrotoksyny, leukocydyny, toksyny letalne, czyli ze względu na charakter ich działania: hemoliza erytrocytów, martwica przy podaniu śródskórnym królikowi, zniszczenie leukocytów, śmierć królika przy podaniu dożylnym. Okazało się jednak, że taki efekt wywołuje ten sam czynnik - toksyna uszkadzająca błony. Ma ona działanie cytolityczne na różne typy komórek, co objawia się w następujący sposób. Cząsteczki tej toksyny najpierw wiążą się z nieznanymi dotąd receptorami błony komórki docelowej lub są niespecyficznie wchłaniane przez lipidy zawarte w błonie, a następnie tworzą grzybkowaty heptamer z 7 cząsteczek, składający się z 3 domen. Domeny tworzące „czapkę” i „krawędź” znajdują się na zewnętrznej powierzchni błon, a domena „stopa” służy jako kanał-por transbłonowy. Przez nią wchodzą i wychodzą małe cząsteczki i jony, co prowadzi do obrzęku i śmierci komórek z jądrem i osmotycznej lizy erytrocytów. Odkryto kilka rodzajów toksyn uszkadzających błonę (tworzących pory): hemolizyny a-, b-, s- i y- (toksyny a-, b-, S- i y). Różnią się one szeregiem właściwości. Hemolizyna a najczęściej występuje u gronkowców wyizolowanych od ludzi; lizuje erytrocyty ludzkie, królicze i baranie. Powoduje efekt śmiertelny u królików po 3-5 minutach dożylnego podania. Hemolizyna b najczęściej występuje u gronkowców pochodzenia zwierzęcego; lizuje erytrocyty ludzkie i baranie (lepiej w niższej temperaturze). Hemolizyna S lizy ludzkie i wiele zwierzęcych erytrocytów. Efekt śmiertelny u królika po podaniu dożylnym występuje w ciągu 16-24-48 godzin. Bardzo często gronkowce zawierają toksyny a- i 8- jednocześnie;
• toksyny złuszczające A i B wyróżniają się właściwościami antygenowymi, wrażliwością na temperaturę (A jest termostabilna, B jest termolabilna) i lokalizacją genów kontrolujących ich syntezę (A jest kontrolowana przez gen chromosomalny, B przez gen plazmidowy). Często obie eksfolianty są syntetyzowane w tym samym szczepie S. aureus. Toksyny te są związane ze zdolnością gronkowców do wywoływania pęcherzycy u noworodków, liszaja pęcherzowego i wysypki przypominającej szkarlatynę;
• prawdziwa leukocydyna jest toksyną różniącą się od hemolizyn właściwościami antygenowymi i działającą selektywnie na leukocyty, niszcząc je;
• egzotoksyna powodująca zespół wstrząsu toksycznego (TSS). Posiada właściwości superantygenu. TSS charakteryzuje się gorączką, obniżonym ciśnieniem krwi, wysypką skórną, a następnie złuszczaniem się skóry na dłoniach i stopach, limfopenią, czasami biegunką, uszkodzeniem nerek itp. Ponad 50% szczepów S. aureus jest zdolnych do wytwarzania i wydzielania tej toksyny.

Silne właściwości alergizujące, które posiadają zarówno składniki struktury komórkowej, jak i egzotoksyny i inne produkty odpadowe wydzielane przez bakterie. Alergeny gronkowcowe są zdolne do wywoływania reakcji nadwrażliwości zarówno typu opóźnionego (DTH), jak i typu natychmiastowego (IT) - gronkowce są głównymi winowajcami alergii skórnych i oddechowych (zapalenie skóry, astma oskrzelowa itp.). Specyfika patogenezy zakażenia gronkowcowego i jego tendencja do przechodzenia w stan przewlekły mają swoje korzenie w efekcie DTH.

Antygeny reagujące krzyżowo (z izoantygenami erytrocytów A i B, nerek i skóry - indukcja autoprzeciwciał, rozwój chorób autoimmunologicznych).

Czynniki hamujące fagocytozę. Ich obecność może objawiać się zahamowaniem chemotaksji, ochroną komórek przed wchłonięciem przez fagocyty, zapewnieniem gronkowcom zdolności do rozmnażania się w fagocytach i blokowaniem „wybuchu oksydacyjnego”. Fagocytozę hamuje otoczka, białko A, peptydoglikan, kwasy teichojowe, toksyny. Ponadto gronkowce indukują syntezę supresorów aktywności fagocytarnej przez niektóre komórki organizmu (np. splenocyty). Hamowanie fagocytozy nie tylko uniemożliwia organizmowi oczyszczenie się z gronkowców, ale także zaburza funkcję przetwarzania i prezentacji antygenów limfocytom T i B, co prowadzi do zmniejszenia siły odpowiedzi immunologicznej.

Obecność otoczki u gronkowców zwiększa ich wirulencję dla białych myszy, czyni je odpornymi na działanie fagów, nie pozwala na typowanie przy pomocy surowic aglutynujących i maskuje białko A.

Kwasy teichojowe nie tylko chronią gronkowce przed fagocytozą, ale najwyraźniej odgrywają znaczącą rolę w patogenezie zakażeń gronkowcowych. Ustalono, że u dzieci cierpiących na zapalenie wsierdzia przeciwciała przeciwko kwasom teichojowym są wykrywane w 100% przypadków.

Działanie mitogenne gronkowców na limfocyty (działanie to wywierane jest przez białko A, enterotoksyny i inne produkty wydzielane przez gronkowce).

Enterotoksyny A, B, CI, C2, C3, D, E. Charakteryzują się specyficznością antygenową, stabilnością termiczną, odpornością na formalinę (nie przekształcają się w anatoksyny) i enzymy trawienne (trypsynę i pepsynę), są stabilne w zakresie pH od 4,5 do 10,0. Enterotoksyny to białka niskocząsteczkowe o masie cząsteczkowej 26–34 kDa o właściwościach superantygenowych.

Ustalono również, że istnieją uwarunkowane genetycznie różnice w podatności na zakażenie gronkowcowe i charakter jego przebiegu u ludzi. W szczególności ciężkie choroby ropno-septyczne gronkowcowe częściej występują u osób z grupami krwi A i AB, rzadziej - u osób z grupami krwi 0 i B.

Zdolność gronkowców do wywoływania zatruć pokarmowych typu intoksykacyjnego jest związana z syntezą enterotoksyn. Najczęściej są one wywoływane przez enterotoksyny A i D. Mechanizm działania tych enterotoksyn jest słabo poznany, ale różni się od działania innych enterotoksyn bakteryjnych, które zaburzają funkcję układu cyklazy adenylanowej. Wszystkie rodzaje enterotoksyn gronkowcowych powodują podobny obraz zatrucia: nudności, wymioty, bóle trzustki, biegunkę, czasami ból głowy, gorączkę, skurcze mięśni. Te cechy enterotoksyn gronkowcowych wynikają z ich właściwości superantygenowych: indukują nadmierną syntezę interleukiny-2, która powoduje intoksykację. Enterotoksyny pobudzają mięśnie gładkie jelit i zwiększają motorykę przewodu pokarmowego. Zatrucie najczęściej wiąże się ze spożyciem zakażonych gronkowcem produktów mlecznych (lody, ciastka, torty, sery, twarogi itp.) oraz konserw z masłem. Zakażenie produktami mlecznymi może być związane z zapaleniem wymion u krów lub z chorobami ropno-zapalnymi osób zajmujących się produkcją żywności.

Tak więc, obfitość różnych czynników patogeniczności u gronkowców i ich wysokie właściwości alergenowe determinują cechy patogenezy chorób gronkowcowych, ich charakter, lokalizację, ciężkość przebiegu i objawy kliniczne. Awitaminoza, cukrzyca, obniżona odporność przyczyniają się do rozwoju chorób gronkowcowych.

[ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Oporność na gronkowce

Spośród bakterii nieprzetrwalnikujących gronkowce, podobnie jak prątki, mają największą odporność na czynniki zewnętrzne. Dobrze znoszą suszenie i pozostają żywotne i zjadliwe przez tygodnie i miesiące w suchym, drobnym pyle, będąc źródłem zakażenia pyłem. Bezpośrednie światło słoneczne zabija je dopiero w ciągu wielu godzin, a rozproszone światło ma bardzo słaby wpływ. Są również odporne na wysokie temperatury: wytrzymują ogrzewanie do 80 °C przez około 30 minut, suche ciepło (110 °C) zabija je w ciągu 2 godzin; dobrze znoszą niskie temperatury. Wrażliwość na chemiczne środki dezynfekujące jest bardzo zróżnicowana, na przykład 3% roztwór fenolu zabija je w ciągu 15-30 minut, a 1% wodny roztwór chloraminy - w ciągu 2-5 minut.

Epidemiologia zakażeń gronkowcowych

Ponieważ gronkowce są stałymi mieszkańcami skóry i błon śluzowych, choroby przez nie wywoływane mogą być albo autoinfekcjami (z różnymi uszkodzeniami skóry i błon śluzowych, w tym mikrourazami), albo zakażeniami egzogennymi wywołanymi kontaktowo-domowymi, drogą powietrzną, pyłem unoszącym się w powietrzu lub drogą pokarmową (zatrucia pokarmowe). Szczególne znaczenie ma nosicielstwo gronkowców chorobotwórczych, ponieważ nosiciele, zwłaszcza w placówkach medycznych (różne kliniki chirurgiczne, szpitale położnicze itp.) oraz w grupach zamkniętych, mogą powodować zakażenia gronkowcowe. Nosicielstwo gronkowców chorobotwórczych może być czasowe lub okresowe, ale osoby, które mają je na stałe (nosiciele rezydentni), stanowią szczególne zagrożenie dla innych. U takich osób gronkowce utrzymują się przez długi czas i w dużych ilościach na błonach śluzowych nosa i gardła. Przyczyna długotrwałego nosicielstwa nie jest do końca jasna. Może być następstwem osłabienia miejscowej odporności (brak wydzielniczego IgA), zaburzenia funkcji błony śluzowej, zwiększonych właściwości adhezyjnych gronkowca lub być spowodowana niektórymi innymi jego właściwościami.

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Objawy infekcji gronkowcowych

Gronkowce łatwo przenikają do organizmu przez najmniejsze uszkodzenia skóry i błon śluzowych i mogą powodować różnorodne choroby - od trądziku po ciężkie zapalenie otrzewnej, zapalenie wsierdzia, posocznicę lub posocznicę, w których śmiertelność sięga 80%. Gronkowce powodują czyraki, zapalenie gruczołów potowych, ropnie, ropowicę, zapalenie kości i szpiku; w czasie wojny - częstych winowajców powikłań ropnych ran; gronkowce odgrywają wiodącą rolę w chirurgii ropnej. Posiadając właściwości alergizujące, mogą powodować łuszczycę, krwotoczne zapalenie naczyń, różę, nieswoiste zapalenie wielostawowe. Zakażenie produktów spożywczych gronkowcami jest częstą przyczyną zatruć pokarmowych. Gronkowce są głównymi winowajcami sepsy, w tym u noworodków. W przeciwieństwie do bakteriemii (bakterie we krwi), która jest objawem choroby i występuje w wielu zakażeniach bakteryjnych, sepsa (posocznica - gnicie krwi) jest samodzielną chorobą o specyficznym obrazie klinicznym, który opiera się na uszkodzeniu narządów układu siateczkowo-śródbłonkowego (układ fagocytów jednojądrowych - MPS). W sepsie występuje ognisko ropne, z którego patogen okresowo przedostaje się do krwi, rozprzestrzenia się po całym organizmie i atakuje układ siateczkowo-śródbłonkowy (MSP), w komórkach którego się rozmnaża, uwalniając toksyny i alergeny. Jednocześnie obraz kliniczny sepsy jest słabo zależny od rodzaju patogenu, ale jest determinowany uszkodzeniem niektórych narządów.

Septopiryna to postać sepsy, w której patogen powoduje ogniska ropne w różnych narządach i tkankach, czyli jest to sepsa powikłana przerzutami ropnymi.

Bakteriemia w sepsie i posocznicy może mieć charakter krótko- i długoterminowy.

Istnieje odporność poinfekcyjna, która jest powodowana zarówno przez czynniki humoralne, jak i komórkowe. Ważną rolę odgrywają w niej antytoksyny, przeciwciała przeciwdrobnoustrojowe, przeciwciała przeciwko enzymom, a także limfocyty T i fagocyty. Intensywność i czas trwania odporności przeciwko gronkowcom nie zostały wystarczająco zbadane, ponieważ ich struktura antygenowa jest zbyt różnorodna i nie ma odporności krzyżowej.

Klasyfikacja gronkowców

Rodzaj Staphylococcus obejmuje ponad 20 gatunków, które dzielą się na dwie grupy - gronkowce koagulazo-dodatnie i koagulazo-ujemne. Do rozróżnienia gatunków wykorzystuje się różne cechy.

Gronkowce koagulazo-dodatnie są głównie patogenne dla ludzi, ale wiele gronkowców koagulazo-ujemnych jest również zdolnych do wywoływania chorób, zwłaszcza u noworodków (zapalenie spojówek u noworodków, zapalenie wsierdzia, posocznica, choroby układu moczowego, ostre zapalenie żołądka i jelit itp.). S. aureus, w zależności od tego, kto jest jego głównym nosicielem, dzieli się na 10 ekowarów (hominis, bovis, ovis itp.).

U gronkowców stwierdzono występowanie ponad 50 rodzajów antygenów, w organizmie wytwarzają się przeciwciała do każdego z nich, wiele antygenów ma właściwości alergenne. Pod względem swoistości antygeny dzielą się na generyczne (wspólne dla całego rodzaju Staphylococcus); krzyżowo reagujące - antygeny wspólne z izoantygenami ludzkich erytrocytów, skóry i nerek (są związane z chorobami autoimmunologicznymi); antygeny gatunkowe i swoiste dla typu. Na podstawie antygenów swoistych dla typu wykrytych w reakcji aglutynacji gronkowce dzielą się na ponad 30 serowariantów. Jednak serologiczna metoda typizacji gronkowców nie znalazła jeszcze powszechnego zastosowania. Białko A, które tworzy S. aureus, jest uważane za swoiste dla gatunku. Białko to znajduje się powierzchownie, jest kowalencyjnie związane z peptydoglikanem, jego mm wynosi około 42 kD. Białko A jest szczególnie aktywnie syntetyzowane w fazie wzrostu logarytmicznego w temperaturze 41 °C, jest termolabilne i nie ulega zniszczeniu pod wpływem trypsyny; jego unikalną właściwością jest zdolność wiązania się z fragmentem Fc immunoglobulin IgG (IgG1, IgG2, IgG4), a w mniejszym stopniu z IgM i IgA. Na powierzchni białka A zidentyfikowano kilka regionów zdolnych do wiązania się z regionem łańcucha polipeptydowego immunoglobuliny znajdującym się na granicy domen CH2 i CH3. Właściwość ta znalazła szerokie zastosowanie w reakcji koaglutynacji: gronkowce obciążone specyficznymi przeciwciałami, które mają wolne centra aktywne, dają szybką reakcję aglutynacji podczas interakcji z antygenem.

Interakcja białka A z immunoglobulinami prowadzi do dysfunkcji układu dopełniacza i fagocytów w organizmie pacjenta. Ma właściwości antygenowe, jest silnym alergenem i indukuje proliferację limfocytów T i B. Jego rola w patogenezie chorób gronkowcowych nie została jeszcze w pełni wyjaśniona.

Szczepy S. aureus różnią się wrażliwością na fagi gronkowcowe. Do typowania S. aureus używa się międzynarodowego zestawu 23 umiarkowanych fagów, które dzielą się na cztery grupy:

• Grupa 1 - fagi 29,52, 52A, 79, 80;
• Grupa 2 - fagi 3A, 3C, 55, 71;
• Grupa 3 - fagi 6, 42E, 47, 53, 54, 75, 77, 83A, 84, 85;
• Grupa 4 - fagi 94, 95, 96;
• poza grupami - fag 81.

Związek gronkowców z fagami jest szczególny: ten sam szczep może zostać zlizowany przez jednego faga lub przez kilka jednocześnie. Ponieważ jednak ich wrażliwość na fagi jest stosunkowo stabilną cechą, typowanie fagowe gronkowców ma duże znaczenie epidemiologiczne. Wadą tej metody jest to, że nie można typować więcej niż 65-70% S. aureus. W ostatnich latach uzyskano zestawy specyficznych fagów do typowania S. epidermidis.

[ 16 ]

Diagnostyka laboratoryjna zakażeń gronkowcowych

Główną metodą jest bakteriologiczna; opracowano i wdrożono reakcje serologiczne. W razie potrzeby (w przypadku zatrucia) stosuje się test biologiczny. Materiałem do badania bakteriologicznego jest krew, ropa, śluz z gardła, nosa, wydzielina z rany, plwocina (w przypadku gronkowcowego zapalenia płuc), kał (w przypadku gronkowcowego zapalenia jelit), w przypadku zatrucia pokarmowego - wymioty, kał, płukanie żołądka, podejrzane produkty. Materiał posiewa się na agarze z krwią (hemoliza), na agarze mleko-solnym (mleko-żółtko-sól) (wzrost bakterii obcych jest hamowany dzięki NaCl, pigment i lecytynaza są lepiej wykrywalne). Wyizolowaną kulturę identyfikuje się na podstawie cech gatunkowych, określa się obecność głównych cech i czynników patogeniczności (złoty pigment, fermentacja mannitolu, hemoliza, plazmokoagulaza), koniecznie sprawdza się wrażliwość na antybiotyki, a w razie potrzeby wykonuje się typowanie fagowe. Spośród odczynów serologicznych do diagnostyki chorób ropno-septycznych stosuje się RPGA i IFM, w szczególności do oznaczania przeciwciał przeciwko kwasowi tejchojowemu lub antygenom gatunkowo swoistym.

Do określenia enterotoksyczności gronkowców stosuje się trzy metody:

• serologiczna - przy użyciu specyficznych surowic antytoksycznych w reakcji precypitacji żelu wykrywa się enterotoksynę i określa jej rodzaj;
• biologiczne - dożylne podanie przesączu hodowli bulionowej gronkowca kotom w dawce 2-3 ml na 1 kg masy ciała. Toksyny powodują wymioty i biegunkę u kotów;
• pośrednia metoda bakteriologiczna – wyizolowanie czystej kultury gronkowca z podejrzanego produktu i oznaczenie czynników jego patogenności (powstawanie enterotoksyny koreluje z obecnością innych czynników patogenności, w szczególności rybonukleazy).

Najprostszą i najczulszą metodą wykrywania enterotoksyny jest metoda serologiczna.

Leczenie zakażeń gronkowcowych

W leczeniu chorób gronkowcowych stosuje się głównie antybiotyki beta-laktamowe, na które należy najpierw określić wrażliwość. W ciężkich i przewlekłych zakażeniach gronkowcowych pozytywny efekt uzyskuje się poprzez terapię specyficzną - stosowanie autoszczepionki, anatoksyny, immunoglobuliny przeciwgronkowcowej (ludzkiej), osocza przeciwgronkowcowego.

Specyficzna profilaktyka zakażeń gronkowcowych

Aby stworzyć sztuczną odporność na zakażenie gronkowcowe, stosuje się gronkowcową anatoksynę (płynną i tabletkową), ale tworzy ona odporność antytoksyczną tylko wobec gronkowców lizowanych głównie przez fagi grupy I. Stosowanie szczepionek z zabitych gronkowców lub ich antygenów, chociaż prowadzi do pojawienia się przeciwciał przeciwdrobnoustrojowych, to jednak tylko przeciwko tym serowarkantom, z których szczepionka jest zrobiona. Problem znalezienia wysoce immunogennej szczepionki skutecznej przeciwko wielu typom patogennych gronkowców jest jednym z najważniejszych problemów współczesnej mikrobiologii.