Streptococcus pyogenes -Streptococcus pyogenes
| Streptococcus pyogenes | |
|---|---|
|
|
| Цепочки бактерий S. pyogenes (оранжевый) при 900-кратном увеличении | |
Научная классификация 
|
|
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Фирмикуты |
| Класс: | Бациллы |
| Порядок: | Лактобациллы |
| Семья: | Streptococcaceae |
| Род: | Стрептококк |
| Разновидность: |
S. pyogenes
|
| Биномиальное имя | |
|
Streptococcus pyogenes Розенбах 1884
|
|
Streptococcus Пирролидонилпептидаза является вид из грам-положительных , aerotolerant бактерий из рода Streptococcus . Эти бактерии являются внеклеточными и состоят из неподвижных и неспоровых кокков (круглых клеток), которые имеют тенденцию соединяться в цепочки. Они являются клинически важными для человека,как они являются нечастыми, ноправило патогенные , часть микрофлорой кожи , что может привести к стрептококками группы А - инфекции . S. pyogenes является преобладающим видом, несущим антиген группы A Лансфилда , и его часто называют стрептококком группы A ( GAS ). Однако как Streptococcus dysgalactiae, так и группа Streptococcus anginosus могут также обладать антигеном группы A. Стрептококки группы А, при выращивании на кровяном агаре , обычно производит небольшую (2-3 мм) зону беты-гемолиз , полное уничтожение из красных кровяных клеток . Такимобразом, также используетсяназвание группы A (бета-гемолитический) Streptococcus ( GABHS ).
Название вида образовано от греческих слов, означающих «цепочка» ( streptos ) ягод ( кокк [латинизировано от kokkos ]) и гноя ( pyo ) -образующие ( гены ), поскольку при ряде инфекций, вызываемых бактериями, выделяется гной. Основной критерий дифференциации Staphylococcus spp. и Streptococcus spp. это каталазный тест . Стафилококки положительны по отношению к каталазе, тогда как стрептококки отрицательны по отношению к каталазе. S. pyogenes можно культивировать на чашках со свежим кровяным агаром. В идеальных условиях инкубационный период составляет от 1 до 3 дней.
По оценкам, ежегодно во всем мире происходит 700 миллионов случаев заражения ГАЗ. Хотя общий уровень смертности от этих инфекций составляет 0,1%, более 650 000 случаев являются тяжелыми и инвазивными, при этом уровень смертности в этих случаях составляет 25%. Раннее распознавание и лечение имеют решающее значение; диагностическая неудача может привести к сепсису и смерти.
Эпидемиология
S. pyogenes обычно колонизирует горло, слизистую оболочку половых органов, прямую кишку и кожу. Среди здоровых людей от 1% до 5% имеют горло, вагинальное или ректальное носительство. У здоровых детей частота такого носительства колеблется от 2 до 17%. Существует четыре метода передачи этой бактерии: вдыхание капель из дыхательных путей, контакт с кожей, контакт с предметами, поверхностью или пылью, зараженной бактериями, или, что реже, передача через пищу. Такие бактерии могут вызывать различные заболевания, такие как стрептококковый фарингит , ревматическая лихорадка , ревматическая болезнь сердца и скарлатина . Хотя фарингит в основном имеет вирусное происхождение, от 15 до 30% всех случаев фарингита у детей вызваны ГАЗ; Между тем, от 5 до 20% фарингитов у взрослых являются стрептококковыми. Число случаев фарингита у детей выше, чем у взрослых из-за воздействия в школах, детских садах и, как следствие, более низкого иммунитета хозяина. В сезонных странах случаи стрептококкового фарингита чаще возникают в конце зимы - начале весны из-за того, что многие люди вдыхают один и тот же воздух в помещении. Осенью заболеваемость минимальна.
Клон MT1 (метаболический тип 1) часто ассоциируется с инвазивными инфекциями Streptococcus pyogenes в развитых странах. Заболеваемость и смертность S. pyogenes была высокой в эпоху препенициллина, но уже начала снижаться до того, как пенициллин стал широко доступным. Следовательно, факторы окружающей среды действительно играют роль в инфекции S. pyogenes . Заболеваемость S. pyogenes составляет от 2 до 4 на 100 000 населения в развитых странах и от 12 до 83 на 100 000 населения в развивающихся странах. Инфекция S. pyogenes чаще встречается у мужчин, чем у женщин, с самыми высокими показателями у пожилых людей, за которыми следуют младенцы. У людей с такими факторами риска, как сердечные заболевания, диабет, злокачественные новообразования, тупая травма, хирургический разрез, вирусная респираторная инфекция, включая грипп, инфицирование S. pyogenes происходит в 17-25% всех случаев. Вторичное инфицирование ГАЗ обычно происходит в течение одной недели после постановки диагноза инфекции гриппа. В 14–16% случаев инфицирования S. pyogenes у детей в анамнезе имеется ветряная оспа . Такая инфекция S. pyogenes у детей обычно проявляется в виде тяжелой инфекции мягких тканей, которая проявляется через 4–12 дней после постановки диагноза ветряной оспы. Риск заражения S. pyogenes также увеличивается в 40-60 раз в течение первых двух недель заражения ветряной оспой у детей. Однако от 20 до 30% инфекции S. pyogenes действительно происходит у взрослых без выявленных факторов риска. Заболеваемость выше у детей (от 50 до 80% инфекции S. pyogenes ) без известных факторов риска. Заболеваемость скарлатиной в Великобритании обычно составляла 4 человека на 100 000 населения, однако в 2014 году этот показатель вырос до 49 на 100 000 населения. Ревматическая лихорадка и ревматическая болезнь сердца (RHD) обычно возникают через 2–3 недели после инфекции горла, что чаще встречается среди бедных людей в развивающихся странах. С 1967 по 1996 год глобальная средняя заболеваемость ревматической лихорадкой и РБС составляла 19 случаев на 100 000, а самая высокая заболеваемость - 51 на 100 000.
Инфекция матери S. pyogenes обычно происходит на поздних сроках беременности; от более 30 недель беременности до четырех недель после родов, что составляет от 2 до 4% всех инфекций, вызванных S. pyogenes . Это представляет от 20 до 100 раз увеличение риска инфекций S. pyogenes . Клинические проявления: пневмония, септический артрит, некротический фасциит и сепсис половых путей. Согласно исследованию, проведенному в лондонской больнице королевы Шарлотты в 1930-х годах, влагалище не было распространенным источником такой инфекции. Напротив, инфекция горла у матери и тесные контакты с носителями были наиболее частыми источниками инфекции S. pyogenes у матери .
Бактериология
Серотипирование
В 1928 году Ребекка Лэнсфилд опубликовала метод серотипирования S. pyogenes на основе полисахарида клеточной стенки, фактора вирулентности, отображаемого на его поверхности. Позже, в 1946 году, Лэнсфилд описал серологическую классификацию изолятов S. pyogenes на основе их поверхностного Т-антигена . Было обнаружено, что четыре из 20 Т-антигенов представляют собой пили , которые используются бактериями для прикрепления к клеткам-хозяевам. По состоянию на 2016 год идентифицировано всего 120 М. белков. Эти белки М кодируются геном emm 234 типов с более чем 1200 аллелями.
Лизогения
Все штаммы S. pyogenes полилизогенизированы, поскольку они несут в своих геномах один или несколько бактериофагов. Некоторые из фагов могут быть дефектными, но в некоторых случаях активный фаг может компенсировать дефекты в других. В целом геном штаммов S. pyogenes , выделенных во время болезни, идентичен> 90%, они различаются фагом, который они несут.
Факторы вирулентности
S. pyogenes имеет несколько факторов вирулентности, которые позволяют ему прикрепляться к тканям хозяина, уклоняться от иммунного ответа и распространяться, проникая через слои тканей хозяина. На основе углеводов бактериальной капсулы состоит из гиалуроновой кислоты окружает бактерии, защищая его от фагоцитоза с нейтрофилами . Кроме того, капсула и несколько факторов, встроенных в клеточную стенку, включая белок М, липотейхоевую кислоту и белок F (SfbI), способствуют прикреплению к различным клеткам-хозяевам. Белок М также ингибирует опсонизацию альтернативным путем комплемента путем связывания с регуляторами комплемента хозяина. Белок М, обнаруженный у некоторых серотипов, также способен предотвращать опсонизацию, связываясь с фибриногеном . Однако белок М также является самым слабым местом в защите этого патогена, поскольку антитела, вырабатываемые иммунной системой против белка М, нацелены на бактерии для поглощения фагоцитами . M-белки уникальны для каждого штамма, и идентификация может использоваться клинически для подтверждения штамма, вызывающего инфекцию.
| Имя | Описание |
|---|---|
| Стрептолизин О | Экзотоксин , одна из основ беты-гемолитическое свойства организма, стрептолизин О вызывает реакцию иммунной и обнаружение антител к нему; антистрептолизин O (ASO) можно клинически использовать для подтверждения недавней инфекции. Он повреждается кислородом. |
| Стрептолизин S | Кардиотоксический экзотоксин, еще один бета-гемолитический компонент, не иммуногенный и стабильный к O 2 : сильный клеточный яд, поражающий многие типы клеток, включая нейтрофилы, тромбоциты и субклеточные органеллы. |
| Стрептококковый пирогенный экзотоксин А (SpeA) | Суперантигены, секретируемые многими штаммами S. pyogenes : этот пирогенный экзотоксин отвечает за сыпь при скарлатине и многие симптомы синдрома токсического шока, вызванного стрептококками, также известного как синдром токсического шока (TSLS). |
| Стрептококковый пирогенный экзотоксин C (SpeC) | |
| Стрептококковый пирогенный экзотоксин B (SpeB) | Цистеиновая протеаза и преобладающий секретируемый белок. Множественные действия, включая разрушение внеклеточного матрикса, цитокинов, компонентов комплемента и иммуноглобулинов. Также называется стрептопаином. |
| Стрептокиназа | Ферментативно активирует плазминоген , протеолитический фермент, в плазмин , который, в свою очередь, переваривает фибрин и другие белки. |
| Гиалуронидаза | Широко распространено мнение, что гиалуронидаза способствует распространению бактерий по тканям, расщепляя гиалуроновую кислоту , важный компонент соединительной ткани . Однако очень немногие изоляты S. pyogenes способны секретировать активную гиалуронидазу из-за мутаций в гене, кодирующем фермент. Более того, немногие изоляты, способные секретировать гиалуронидазу, не нуждаются в ней для распространения по тканям или для повреждения кожи. Таким образом, истинная роль гиалуронидазы в патогенезе, если таковая имеется, остается неизвестной. |
| Стрептодорназа | Большинство штаммов S. pyogenes секретируют до четырех различных ДНКаз , которые иногда называют стрептодорназами. ДНКазы защищают бактерии от попадания во внеклеточные ловушки нейтрофилов (NET), переваривая сеть ДНК NET, с которой связаны сериновые протеазы нейтрофилов, которые могут убивать бактерии. |
| C5a пептидаза | Пептидаза C5a расщепляет мощный хемотаксин нейтрофилов, называемый C5a , который вырабатывается системой комплемента . Пептидаза C5a необходима для минимизации притока нейтрофилов на ранней стадии инфекции, поскольку бактерии пытаются колонизировать ткань хозяина. Пептидаза C5a, хотя и требуется для разложения нейтрофильного хемотаксина C5a на ранних стадиях инфекции, не требуется S. pyogenes для предотвращения притока нейтрофилов по мере распространения бактерий через фасцию . |
| Стрептококковая хемокиновая протеаза | Пораженные ткани пациентов с тяжелыми формами некротического фасциита лишены нейтрофилов. Серин - протеазы SCPC, который высвобождается S. Пирролидонилпептидаза , отвечает за предотвращение миграции нейтрофилов к распространению инфекции. ScpC разрушает хемокин IL-8 , который в противном случае привлекал бы нейтрофилы к месту инфекции. |
Геном
Были секвенированы геномы разных штаммов (размер генома 1,8–1,9 Мбп), кодирующих около 1700-1900 белков (1700 в штамме NZ131, 1865 в штамме MGAS5005). Полные последовательности генома типового штамма S. pyogenes ( NCTC 8198 T = CCUG 4207 T ) доступны в банке данных ДНК Японии , Европейском архиве нуклеотидов и GenBank под номерами доступа LN831034 и CP028841 .
Формирование биопленки
Биопленки - это способ для S. pyogenes, а также других бактериальных клеток связываться друг с другом. В биопленке экспрессия генов для различных целей (например, для защиты от иммунной системы хозяина) контролируется посредством кворума . Одним из путей формирования биопленок в GAS является путь Rgg2 / 3. Он регулирует SHP (короткие гидрофобные пептиды), которые являются феромонами, воспринимающими кворум, также известными как аутоиндукторы. SHP транслируются в незрелую форму феромона и должны подвергаться процессингу сначала ферментом металлопротеазой внутри клетки, а затем во внеклеточном пространстве, чтобы достичь своей зрелой активной формы. Способ транспортировки из клетки и фактор (ы) внеклеточной обработки до сих пор неизвестны. Затем зрелый феромон SHP может быть доставлен в соседние клетки и в клетку, из которой он произошел, через трансмембранный белок, олигопептидную пермеазу. В цитозоле феромоны выполняют две функции в пути Rgg2 / 3. Во-первых, они подавляют активность Rgg3, который является регулятором транскрипции, подавляющим продукцию SHP. Во-вторых, они связываются с другим регулятором транскрипции, Rgg2, который увеличивает продукцию SHP, оказывая антагонистический эффект по отношению к Rgg3. Активация SHP их собственного активатора транскрипции создает петлю положительной обратной связи, которая является общей для производства пептидов, чувствительных к кворуму. Это позволяет быстро производить феромоны в больших количествах. Производство SHP увеличивает биогенез биопленок. Было высказано предположение, что ГАЗ переключается между образованием и разложением биопленок, используя пути с противоположными эффектами. В то время как путь Rgg2 / 3 увеличивает биопленку, путь RopB разрушает ее. RopB - это еще один Rgg-подобный белок (Rgg1), который непосредственно активирует SpeB (пирогенный экзотоксин B стрептококков), цистеиновую протеазу, которая действует как фактор вирулентности. В отсутствие этого пути образование биопленок усиливается, возможно, из-за отсутствия феромонов, разрушающих протеазу, или других эффектов, противодействующих пути Rgg2 / 3.
Болезнь
S. pyogenes является причиной многих заболеваний человека, от легких поверхностных кожных инфекций до опасных для жизни системных заболеваний. Инфекции обычно начинаются в горле или на коже. Самый яркий признак - клубничная сыпь. Примеры легких инфекций, вызванных S. pyogenes, включают фарингит (ангина) и локализованную кожную инфекцию ( импетиго ). Рожистое воспаление и целлюлит характеризуются размножением и латеральным распространением S. pyogenes в глубоких слоях кожи. Инвазия и размножение S. pyogenes в фасции может привести к некротическому фасцииту , опасному для жизни состоянию, которое требует немедленного хирургического вмешательства для снижения заболеваемости и смертности. Бактерия обнаруживается при неонатальных инфекциях .
Инфекции, вызываемые некоторыми штаммами S. pyogenes, могут быть связаны с выделением бактериальных токсинов . Инфекции горла, связанные с выделением определенных токсинов, приводят к скарлатине . Другие токсикогенные инфекции S. pyogenes могут привести к синдрому токсического шока , вызываемого стрептококками , который может быть опасным для жизни.
S. pyogenes также может вызывать заболевание в виде постинфекционных «непиогенных» (не связанных с местным размножением бактерий и образованием гноя) синдромов. Эти аутоиммунные осложнения возникают у небольшого процента инфекций и включают ревматическую лихорадку и острый постинфекционный гломерулонефрит . Оба состояния появляются через несколько недель после первоначальной стрептококковой инфекции. Ревматическая лихорадка характеризуется воспалением суставов и / или сердца после приступа стрептококкового фарингита . Острый гломерулонефрит, воспаление почечных клубочков , может следовать за стрептококковым фарингитом или кожной инфекцией.
Эта бактерия остается очень чувствительной к пенициллину . Неудача при лечении пенициллином обычно приписывается другим местным комменсальным организмам, продуцирующим β-лактамазу , или неспособности достичь адекватных уровней в тканях глотки. У некоторых штаммов развилась устойчивость к макролидам , тетрациклинам и клиндамицину .
Приложения
Бионанотехнологии
Многие белки S. pyogenes обладают уникальными свойствами, которые в последние годы были использованы для получения высокоспецифичного «суперклея» и пути повышения эффективности терапии антителами .
Редактирование генома
Система CRISPR из этого организма, которая используется для распознавания и уничтожения ДНК вторгшихся вирусов, тем самым останавливая инфекцию, была адаптирована в 2012 году для использования в качестве инструмента редактирования генома, который потенциально может изменить любой фрагмент ДНК, а затем и РНК .
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Фрайберг Дж. А., Макивер К. С., Шертлифф МЭ (2014). «Экспрессия in vivo иммуногенных белков Streptococcus pyogenes во время инфекции инородным телом большеберцовой кости» . Заразить. Иммун . 82 (9): 3891–9. DOI : 10.1128 / IAI.01831-14 . PMC 4187806 . PMID 25001603 .
- Розенбах Ф. Дж. (1884). Mikro-Organismen bei den Wund-Infections-Krankheiten des Menschen (на немецком языке). Дж. Ф. Бергманн. ПР 22886502М .
- Уилсон LG (октябрь 1987 г.). «Раннее признание стрептококков как причин болезней» . Med Hist . 31 (4): 403–14. DOI : 10.1017 / s0025727300047268 . PMC 1139783 . PMID 3316876 .
- Rolleston JD (ноябрь 1928 г.). «История скарлатины» . Британский медицинский журнал . 2 (3542): 926–9. DOI : 10.1136 / bmj.2.3542.926 . PMC 2456687 . PMID 20774279 .
- Всемирная организация здравоохранения (2005 г.). «Текущие данные о бремени стрептококковых заболеваний группы А» (PDF) . Проверено 22 августа 2011 .
- Карапетис Дж. Р., Стир А. С., Малхолланд Е. К., Вебер М. (ноябрь 2005 г.). «Глобальное бремя стрептококковых заболеваний группы А». Lancet Infect Dis . 5 (11): 685–94. DOI : 10.1016 / S1473-3099 (05) 70267-X . PMID 16253886 . (соответствующая сводная статья)
- Ферретти Дж. Дж., Стивенс Д. Л., Фишетти В. А., ред. (2016). Streptococcus pyogenes: от фундаментальной биологии до клинических проявлений [Интернет] . Оклахома-Сити, Оклахома: Центр медицинских наук Университета Оклахомы.
внешние ссылки
- Типовой штамм Streptococcus pyogenes в Bac Dive - база метаданных по бактериальному разнообразию
- Вдохновленные природой открытия ферментов CRISPR значительно расширяют возможности редактирования генома . На сайте: SciTechDaily. 16 июня 2020 г. Источник: Media Lab, Массачусетский технологический институт.