Neisseria gonorrhoeae | |
---|---|
Окраска по Граму гонококкового уретрита . Обратите внимание на распределение нейтрофилов и наличие как внутриклеточных , так и внеклеточных бактерий. ( CDC ) | |
Научная классификация | |
Домен: | Бактерии |
Тип: | Псевдомонадоты |
Сорт: | Бетапротеобактерии |
Заказ: | Нейссериалы |
Семья: | Нейссериевые |
Род: | Нейссерия |
Разновидность: | N. гонорея |
Биномиальное имя | |
Neisseria gonorrhoeae | |
Синонимы | |
Neisseria gonorrhoeae , также известная как гонококк (единственное число) или гонококки (множественное число), является видом грамотрицательных диплококковых бактерий, выделенных Альбертом Нейссером в 1879 году [3]. Она вызывает передающуюся половым путем урогенитальную инфекцию гонорею [4], а также другие формы гонококкового заболевания, включая диссеминированную гонококкемию, септический артрит и гонококковую офтальмию новорожденных.
Он оксидазоположительный и аэробный, выживает при фагоцитозе и растет внутри нейтрофилов . [4] Для его культивирования требуется добавление углекислого газа и обогащенный агар ( шоколадный агар ) с различными антибиотиками ( Тейер-Мартин ). Он проявляет антигенную изменчивость посредством генетической рекомбинации своих пилей и поверхностных белков, которые взаимодействуют с иммунной системой . [3]
Половой путь передачи — вагинальный, анальный или оральный секс. [5] Половой путь передачи можно предотвратить с помощью барьерной защиты. [6] Перинатальная передача может произойти во время родов и может быть предотвращена путем лечения матери антибиотиками до рождения и нанесения антибактериального глазного геля на глаза новорожденного. [6] После эпизода гонококковой инфекции инфицированные люди не вырабатывают иммунитет к будущим инфекциям. Повторное заражение возможно из-за способности N. gonorrhoeae уклоняться от иммунной системы, изменяя свои поверхностные белки. [7]
N. gonorrhoeae может вызывать инфекцию половых органов, горла и глаз. [8] Бессимптомная инфекция распространена как у мужчин, так и у женщин. [6] [9] Нелеченая инфекция может распространиться на остальные части тела (диссеминированная гонорея), особенно на суставы (септический артрит). Нелеченая инфекция у женщин может вызвать воспалительные заболевания органов малого таза и возможное бесплодие из-за образовавшихся рубцов. [8] Диагностика проводится с помощью посева , окраски по Граму или тестов на нуклеиновые кислоты , таких как полимеразная цепная реакция , образца мочи, мазка из уретры или мазка из шейки матки. [10] [11] Рекомендуется совместное тестирование на хламидиоз и тестирование на другие ИППП из-за высоких показателей коинфекции. [12]
Устойчивость к антибиотикам у N. gonorrhoeae становится все более серьезной проблемой общественного здравоохранения, особенно учитывая его склонность к легкому развитию устойчивости. [13] Эта способность N. gonorrhoeae быстро адаптироваться к новым методам лечения противомикробными препаратами наблюдалась несколько раз с 1930-х годов с появлением методов лечения сульфаниламидами вплоть до современных штаммов, которые начали проявлять устойчивость к текущему лечению цефтриаксоном. [14]
Виды Neisseria — это прихотливые , грамотрицательные кокки, которым для роста в лабораторных культурах требуются питательные добавки. Они факультативно внутриклеточные и обычно появляются парами (диплококки), напоминая по форме кофейные зерна. Представители этого рода не образуют спор, способны двигаться с помощью подергивающейся моторики и являются облигатными аэробами (требуют кислорода для роста). Из 11 видов, которые колонизируют людей, только два являются патогенными: N. gonorrhoeae и N. meningitidis , причем N. gonorrhoeaa является возбудителем гонореи, а N. meningitidis — одной из причин бактериального менингита . [15]
N. gonorrhoeae обычно изолируют на агаре Тайера-Мартина (или VPN) в атмосфере, обогащенной 3-7% углекислого газа. [10] Агар Тайера-Мартина представляет собой шоколадную агаровую пластину (нагретый кровяной агар), содержащую питательные вещества и противомикробные препараты ( ванкомицин , колистин , нистатин и триметоприм ). Этот препарат агара способствует росту видов Neisseria , одновременно подавляя рост загрязняющих бактерий и грибков. Агар Мартина-Льюиса и Нью-Йорк-Сити — другие типы селективного шоколадного агара, обычно используемые для роста Neisseria . [10] N. gonorrhoeae является оксидазоположительным (обладает цитохром с оксидазой) и каталазоположительным (способен преобразовывать перекись водорода в кислород). [10] При инкубации с углеводами лактозой, мальтозой , сахарозой и глюкозой N. gonorrhoeae окисляет только глюкозу. [10]
На своей поверхности N. gonorrhoeae несет волосовидные пили , поверхностные белки с различными функциями и сахара, называемые липоолигосахаридами . Пили опосредуют адгезию, движение и обмен ДНК. Белки Opa взаимодействуют с иммунной системой, как и порины . Липоолигосахарид (LOS) — это эндотоксин , который вызывает иммунный ответ. Все они антигенны и все демонстрируют антигенную изменчивость (см. ниже). Пили демонстрируют наибольшую изменчивость. Пили, белки Opa, порины и даже LOS имеют механизмы для ингибирования иммунного ответа, что делает возможным бессимптомное инфицирование. [16]
Динамические полимерные белковые нити, называемые пилями типа IV, позволяют N. gonorrhoeae прилипать к поверхностям и перемещаться по ним. Чтобы проникнуть в хозяина, бактерия использует пили для прилипания к слизистым поверхностям и проникновения в них. [4] Пили являются основным фактором вирулентности для N. gonorrhoeae ; без них бактерия не способна вызвать инфекцию. [8] Для перемещения отдельные бактерии используют свои пили таким образом, который напоминает крюк для захвата: сначала они вытягиваются с поверхности клетки и прикрепляются к субстрату . Последующее втягивание пилей тянет клетку вперед. Результирующее движение называется подергивающейся подвижностью. [17] N. gonorrhoeae способна тянуть в 100 000 раз больше собственного веса, и пили, используемые для этого, являются одними из самых мощных биологических двигателей, известных на сегодняшний день, прилагая один наноньютон . [18] Белки АТФазы PilF и PilT отвечают за обеспечение расширения и ретракции пилей типа IV соответственно. [19] [20] Адгезивные функции гонококковых пилей играют роль в агрегации микроколоний и образовании биопленки . [21] Поверхностные белки, называемые белками Opa, могут использоваться для связывания с рецепторами на иммунных клетках и предотвращения иммунного ответа. Известно не менее 12 белков Opa, а многочисленные перестановки поверхностных белков затрудняют распознавание N. gonorrhoeae и создание защиты иммунными клетками. [22]
Липоолигосахарид (ЛОС) — это низкомолекулярная версия липополисахарида, присутствующая на поверхности большинства других грамотрицательных бактерий. Это боковая цепь сахара (сахарида), прикрепленная к липиду А (следовательно, «липо-») во внешней мембране, покрывающей клеточную стенку бактерий. Корень «олиго» относится к тому факту, что он на несколько сахаров короче типичного липополисахарида. [4] Как эндотоксин, ЛОС провоцирует воспаление. Выделение ЛОС бактериями ответственно за локальное повреждение, например, при воспалительных заболеваниях органов малого таза. [4] Хотя его основная функция — быть эндотоксином, ЛОС может маскироваться под сиаловую кислоту хозяина и блокировать инициацию каскада комплемента . [4]
N. gonorrhoeae ускользает от иммунной системы с помощью процесса, называемого антигенной изменчивостью . [23] Этот процесс позволяет N. gonorrhoeae рекомбинировать свои гены и изменять антигенные детерминанты (места, где связываются антитела), такие как пили типа IV, [24], которые украшают его поверхность. [4] Проще говоря, химический состав молекул изменяется из-за изменений на генетическом уровне. [7] N. gonorrhoeae способен изменять состав своих пилей и LOS; из них пили демонстрируют наибольшую антигенную изменчивость из-за хромосомной перестройки. [8] [4] Ген PilS является примером этой способности к перестройке, поскольку его сочетание с геном PilE, как оценивается, производит более 100 вариантов белка PilE. [7] Эти изменения позволяют приспосабливаться к различиям в локальной среде в месте заражения, уклоняться от распознавания целевыми антителами и способствуют отсутствию эффективной вакцины. [7]
В дополнение к способности перестраивать гены, которые у него уже есть, он также естественным образом способен приобретать новую ДНК (через плазмиды ), через свои пили типа IV, в частности белки Pil Q и Pil T. [25] Эти процессы позволяют N. gonorrhoeae приобретать/распространять новые гены, маскироваться с помощью различных поверхностных белков и предотвращать развитие иммунологической памяти — способности, которая привела к устойчивости к антибиотикам и также препятствовала разработке вакцин. [26]
Фазовая вариация похожа на антигенную вариацию, но вместо изменений на генетическом уровне, изменяющих состав молекул, эти генетические изменения приводят к активации или деактивации гена. [7] Фазовая вариация чаще всего возникает из-за сдвига рамки в экспрессируемом гене. [7] Белки Opacity, или Opa, N. gonorrhoeae строго зависят от фазовой вариации. [7] Каждый раз, когда бактерии реплицируются, они могут включать или выключать несколько белков Opa посредством неправильного спаривания со смещенной цепью . То есть, бактерии вносят мутации сдвига рамки, которые вводят гены в рамку или выводят их из нее. В результате каждый раз транслируются разные гены Opa. [4] Пили различаются антигенной вариацией, но также и фазовой вариацией. [7] Сдвиги рамки происходят как в генах pilE , так и в генах pilC , эффективно отключая экспрессию пилей в ситуациях, когда они не нужны, например, после колонизации, когда N. gonorrhoeae выживает внутри клеток, а не на их поверхности. [7]
После того, как гонококки проникают в эпителиальные клетки хозяина и трансцитируют их, они попадают в подслизистую оболочку, где нейтрофилы быстро их поглощают. [4] Пили и белки Opa на поверхности могут мешать фагоцитозу, [8] но большинство гонококков оказываются в нейтрофилах. Экссудаты инфицированных людей содержат много нейтрофилов с проглоченными гонококками. Нейтрофилы выделяют окислительный выброс активных форм кислорода в своих фагосомах, чтобы убить гонококки. [27] Однако значительная часть гонококков может противостоять убийству благодаря действию своей каталазы [4], которая расщепляет активные формы кислорода и способна размножаться внутри нейтрофильных фагосом. [28]
Stohl и Seifert показали, что бактериальный белок RecA, который опосредует восстановление повреждений ДНК, играет важную роль в выживании гонококков. [29] Michod et al. предположили, что N. gonorrhoeae может заменять ДНК, поврежденную в нейтрофильных фагосомах, ДНК соседних гонококков. [30] Процесс, в котором реципиентные гонококки интегрируют ДНК соседних гонококков в свой геном, называется трансформацией. [31]
Геномы нескольких штаммов N. gonorrhoeae были секвенированы. Большинство из них имеют размер около 2,1 Мб и кодируют от 2100 до 2600 белков (хотя большинство, по-видимому, находятся в нижнем диапазоне). [ 32] Например, штамм NCCP11945 состоит из одной кольцевой хромосомы (2 232 025 п.н.), кодирующей 2 662 предсказанных открытых рамок считывания (ORF), и одной плазмиды (4 153 п.н.), кодирующей 12 предсказанных ORF. Расчетная плотность кодирования по всему геному составляет 87%, а среднее содержание G+C составляет 52,4%, значения, которые аналогичны значениям штамма FA1090. Геном NCCP11945 кодирует 54 тРНК и четыре копии оперонов 16S-23S-5S рРНК. [33]
Горизонтальный перенос генов, также называемый латеральным переносом генов, представляет собой обмен генетической информацией между живыми организмами. [34] Эта передача информации является движущей силой устойчивости к антибиотикам у Neisseria Gonorrhoeae. [35] [36] Исследования показали, что N. gonorrhoeae приобрела методы устойчивости к противомикробным препаратам посредством горизонтального переноса генов от других видов Neisseria, включая N. lactamica , N. macacae и N. mucosa. [37]
N. gonorrhoeae является естественно компетентным, что означает, что он имеет возможность приобретать ДНК из окружающей среды посредством трансформации и включать последовательности в свой собственный геном. [36] Трансформация у N. gonorrhoeae осуществляется пилями типа IV, где ДНК связывается и переносится в клетку, после чего следует процессинг и гомологичная рекомбинация. [38]
В 2011 году исследователи из Северо-Западного университета обнаружили доказательства наличия фрагмента человеческой ДНК в геноме N. gonorrhoeae , что стало первым примером горизонтального переноса генов от человека к бактериальному патогену. [39] [40]
Симптомы заражения N. gonorrhoeae различаются в зависимости от места заражения, и многие инфекции протекают бессимптомно независимо от пола. [41] [16] [5] Важно отметить, что в зависимости от пути передачи N. gonorrhoeae может вызывать инфекцию горла ( фарингит ) или инфекцию заднего прохода/прямой кишки ( проктит ). [42] [8]
Диссеминированные гонококковые инфекции могут возникнуть, когда N. gonorrhoeae попадает в кровоток, часто распространяясь на суставы и вызывая сыпь (синдром дерматита-артрита). [42] Синдром дерматита-артрита приводит к болям в суставах ( артрит ), воспалению сухожилий ( теносиновит ) и безболезненному незудящему (не зудящему) дерматиту . [8] Диссеминированная инфекция и воспалительные заболевания органов малого таза у женщин, как правило, начинаются после менструации из-за рефлюкса во время менструации, что облегчает распространение. [42] В редких случаях диссеминированная инфекция может вызвать инфекцию оболочек головного и спинного мозга ( менингит ) или инфекцию клапанов сердца ( эндокардит ). [42] [43]
У мужчин с симптомами основным симптомом инфекции мочеполовой системы является уретрит — жжение при мочеиспускании ( дизурия ), учащенные позывы к мочеиспусканию и гнойные выделения из полового члена. Выделения могут иметь неприятный запах. [42] При отсутствии лечения рубцевание уретры может привести к затруднению мочеиспускания. Инфекция может распространиться из уретры в половой член на близлежащие структуры, включая яички ( эпидидимит / орхит ) или на простату ( простатит ). [42] [8] [44] У мужчин, перенесших гонорею , значительно повышен риск развития рака простаты. [45]
У женщин с симптомами основными симптомами инфекции мочеполовой системы являются повышенные выделения из влагалища, жжение при мочеиспускании ( дизурия ), повышенные позывы к мочеиспусканию, боль при половом акте или нарушения менструального цикла. Воспалительное заболевание органов малого таза возникает, если N. gonorrhoeae поднимается в брюшину малого таза (через шейку матки , эндометрий и маточные трубы ). Возникающее в результате воспаление и рубцевание маточных труб может привести к бесплодию и повышенному риску внематочной беременности. [42] Воспалительное заболевание органов малого таза развивается у 10–20 % женщин, инфицированных N. gonorrhoeae . [42]
При перинатальной инфекции первичным проявлением является инфекция глаза (неонатальный конъюнктивит или ophthalmia neonatorum ), когда новорожденный подвергается воздействию N. gonorrhoeae в родовых путях. Инфекция глаза может привести к рубцеванию или перфорации роговицы, что в конечном итоге приводит к слепоте. Если новорожденный подвергается воздействию во время родов, конъюнктивит возникает в течение 2–5 дней после рождения и является тяжелым. [42] [43] Гонококковая ophthalmia neonatorum, когда-то распространенная у новорожденных, предотвращается нанесением эритромицинового (антибиотического) геля на глаза младенцев при рождении в качестве меры общественного здравоохранения. Нитрат серебра больше не используется в Соединенных Штатах. [43] [42]
N. gonorrhoeae передается через вагинальный, оральный или анальный секс; неполовая передача маловероятна при инфицировании взрослых. [5] Он также может передаваться новорожденному во время прохождения через родовые пути, если у матери невылеченная инфекция мочеполовых органов. Учитывая высокий уровень бессимптомной инфекции, все беременные женщины должны быть проверены на гонорею. [5] Однако, общественные ванны, полотенца или ткань, ректальные термометры и руки лиц, осуществляющих уход, были замешаны в качестве средств передачи в педиатрической обстановке. [46] Поцелуи также были замешаны в качестве теоретического средства передачи среди мужчин-геев, на основе более новых исследований. [47] [48] [49]
Традиционно считалось, что бактерия перемещается, прикрепляясь к сперматозоидам, но эта гипотеза не объясняла передачу заболевания от женщины к мужчине. Недавнее исследование предполагает, что вместо того, чтобы «плыть» по шевелящейся сперме , бактерии N. gonorrhoeae используют пили для закрепления на белках в сперме и перемещения через коитальную жидкость. [50]
Для N. gonorrhoeae первым шагом после успешной передачи является прикрепление к эпителиальным клеткам, обнаруженным на инфицированном участке слизистой оболочки. [51] Бактерия полагается на пили типа IV , которые прикрепляются и втягиваются, притягивая N. gonorrhoeae к эпителиальной мембране, где ее поверхностные белки, такие как белки непрозрачности, могут взаимодействовать напрямую. [51] После присоединения N. gonorrhoeae размножается и образует микроколонии . [52] Во время колонизации N. gonorrhoeae имеет потенциал для трансцитоза через эпителиальный барьер и проникновения в кровоток. [13] Во время роста и колонизации N. gonorrhoeae стимулирует высвобождение цитокинов и хемокинов из иммунных клеток хозяина, которые являются провоспалительными . [13] Эти провоспалительные молекулы приводят к привлечению макрофагов и нейтрофилов . [7] Эти фагоцитарные клетки обычно поглощают чужеродные патогены и уничтожают их, но N. gonorrhoeae выработала множество механизмов, которые позволяют ей выживать внутри этих иммунных клеток и препятствовать попыткам уничтожения. [7]
Распространение инфекции снижается при использовании латексных барьеров (например, презервативов или зубных прокладок ) во время секса и при ограничении числа сексуальных партнеров. [6] Презервативы и зубные прокладки следует использовать также во время орального и анального секса. Спермициды, вагинальные пены и спринцевания неэффективны для предотвращения распространения инфекции. [4]
Текущее лечение, рекомендованное CDC, представляет собой однократную инъекцию цефтриаксона ( цефалоспорин третьего поколения ). [53] Половые партнеры (определяемые CDC как половой контакт в течение последних 60 дней) [11] также должны быть уведомлены, проверены и пролечены. [6] [53] Важно, чтобы в случае сохранения симптомов после лечения инфекции N. gonorrhoeae была проведена повторная оценка. [53]
Устойчивость к антибиотикам при гонорее была отмечена с 1940-х годов. Гонорею лечили пенициллином, но дозы приходилось постепенно увеличивать, чтобы оставаться эффективными. К 1970-м годам гонорея, устойчивая к пенициллину и тетрациклину, появилась в Тихоокеанском бассейне. Затем эти устойчивые штаммы распространились на Гавайи, в Калифорнию, остальную часть Соединенных Штатов, Австралию и Европу. Фторхинолоны были следующей линией обороны, но вскоре появилась и устойчивость к этому антибиотику. С 2007 года стандартным лечением стали цефалоспорины третьего поколения, такие как цефтриаксон, которые считаются нашей «последней линией обороны». [54] [55] Недавно в Японии был обнаружен штамм гонореи с высокой устойчивостью к цефтриаксону под названием H041. Лабораторные тесты показали, что он устойчив к высоким концентрациям цефтриаксона, а также к большинству других протестированных антибиотиков. В N. gonorrhoeae существуют гены, которые обеспечивают устойчивость к каждому антибиотику, используемому для лечения гонореи, но до сих пор они не сосуществуют в пределах одного гонококка. Однако из-за высокой способности N. gonorrhoeae к горизонтальному переносу генов, гонорея, устойчивая к антибиотикам, рассматривается как новая угроза общественному здравоохранению. [55]
До 2007 года фторхинолон был распространенной рекомендацией по лечению гонореи. CDC прекратил предлагать эти системные бактериальные агенты, как только в Соединенных Штатах появился резистентный штамм N. gonorrhoeae . Удаление фторхинолонов как потенциального лечения оставило цефалоспорины как единственный жизнеспособный антимикробный вариант лечения гонореи. Опасаясь дальнейшей гонококковой резистентности, рекомендации CDC в 2010 году изменились на стратегию двойной терапии — цефалоспорин либо с азитромицином , либо с доксициклином . Несмотря на эти усилия, к 2011 году резистентные N. gonorrhoeae были зарегистрированы на пяти континентах, что еще больше ограничило варианты лечения и рекомендации. Устойчивость к антимикробным препаратам не является универсальной, и штаммы N. gonorrhoeae в Соединенных Штатах продолжают реагировать на комбинированный режим цефтриаксона и азитромицина. [56]
Как грамотрицательная бактерия, N. gonorrhoeae требует защитных механизмов для защиты себя от системы комплемента (или каскада комплемента), компоненты которой обнаружены в сыворотке человека . [16] Существует три различных пути, которые активируют эту систему, однако все они приводят к активации белка комплемента 3 (C3). [57] Расщепленная часть этого белка, C3b , откладывается на патогенных поверхностях и приводит к опсонизации , а также к последующей активации комплекса мембранной атаки . [57] N. gonorrhoeae имеет несколько механизмов, чтобы избежать этого действия. [13] В целом эти механизмы называются сывороточной резистентностью. [13]
Neisseria gonorrhoeae названа в честь Альберта Нейссера, который выделил ее как возбудителя гонореи в 1878 году. [13] [3] Гален (130 г. н. э.) ввел термин «гонорея» от греческого gonos , что означает «семя» и rhoe , что означает «поток». [58] [7] Таким образом, гонорея означает «поток семени», описание, относящееся к белым выделениям из полового члена, предположительно, семенной жидкости, наблюдаемым при мужском заражении. [13]
В 1878 году Альберт Нейссер выделил и визуализировал диплококки N. gonorrhoeae в образцах гноя от 35 мужчин и женщин с классическими симптомами мочеполовой инфекции гонореей — двое из которых также имели инфекции глаз. [7] В 1882 году Лейстиков и Леффлер смогли вырастить организм в культуре. [13] Затем в 1883 году Макс Бокхарт окончательно доказал, что бактерия, выделенная Альбертом Нейссером, была возбудителем заболевания, известного как гонорея, путем инокуляции полового члена здорового мужчины бактериями. [7] У мужчины развились классические симптомы гонореи через несколько дней, что удовлетворило последний из постулатов Коха . До этого момента исследователи спорили, являются ли сифилис и гонорея проявлениями одного и того же заболевания или двумя разными сущностями. [59] [7] Один из таких исследователей 18-го века, Джон Хантер, попытался урегулировать спор в 1767 году [7] , привив мужчине гной, взятый у пациента с гонореей. Он ошибочно заключил, что и сифилис, и гонорея были на самом деле одним и тем же заболеванием, когда у мужчины появилась сыпь медного цвета, которая является классической для сифилиса. [57] [59] Хотя многие источники повторяют, что Хантер привил себя сам, [57] [13] другие утверждают, что на самом деле это был другой мужчина. [60] После эксперимента Хантера другие ученые пытались опровергнуть его выводы, прививая других мужчин-врачей, студентов-медиков [13] и заключенных мужчин гонорейным гноем, у всех из которых развилось жжение и выделение гонореи. Один исследователь, Рикорд, взял на себя инициативу провести 667 прививок гонорейного гноя пациентам психиатрической больницы, при этом не было ни одного случая сифилиса. [7] [13] Примечательно, что появление пенициллина в 1940-х годах сделало доступным эффективное лечение гонореи. [ необходима цитата ]
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2024 г. ( ссылка )