Синегнойная палочка | |
---|---|
Колонии P. aeruginosa на кровяном агаре | |
Научная классификация | |
Домен: | Бактерии |
Тип: | Псевдомонадоты |
Сорт: | Гаммапротеобактерии |
Заказ: | Псевдомонадалес |
Семья: | Pseudomonadaceae |
Род: | Псевдомонады |
Разновидность: | P. aeruginosa |
Биномиальное имя | |
Синегнойная палочка (Шрётер 1872) Мигула 1900 | |
Синонимы | |
|
Pseudomonas aeruginosa — это распространенная инкапсулированная , грамотрицательная , аэробная — факультативно анаэробная , палочковидная бактерия , которая может вызывать заболевания у растений и животных, включая людей. [1] [2] Вид , имеющий большое медицинское значение, P. aeruginosa — это патоген с множественной лекарственной устойчивостью , известный своей повсеместностью, присущими ему развитыми механизмами устойчивости к антибиотикам и его связью с серьезными заболеваниями — внутрибольничными инфекциями, такими как вентилятор-ассоциированная пневмония и различные синдромы сепсиса . P. aeruginosa способна избирательно ингибировать проникновение различных антибиотиков через свою внешнюю мембрану и обладает высокой устойчивостью к нескольким антибиотикам. По данным Всемирной организации здравоохранения, P. aeruginosa представляет одну из самых больших угроз для человека с точки зрения устойчивости к антибиотикам. [3]
Организм считается оппортунистическим , поскольку серьезная инфекция часто возникает во время существующих заболеваний или состояний – в первую очередь кистозного фиброза и травматических ожогов. Он обычно поражает людей с ослабленным иммунитетом , но может также инфицировать иммунокомпетентных, как при фолликулите в джакузи . Лечение инфекций P. aeruginosa может быть затруднено из-за его естественной устойчивости к антибиотикам. Когда требуются более сложные схемы лечения антибиотиками, могут возникнуть побочные эффекты .
Он цитрат , каталазо и оксидазоположительный . Он встречается в почве, воде, кожной флоре и большинстве антропогенных сред по всему миру. Он процветает не только в нормальной атмосфере, но и в атмосферах с низким содержанием кислорода , таким образом, колонизировал многие естественные и искусственные среды. Он использует широкий спектр органических материалов в качестве пищи; у животных его универсальность позволяет организму заражать поврежденные ткани или ткани с пониженным иммунитетом. Симптомами таких инфекций являются генерализованное воспаление и сепсис . Если такие колонизации происходят в критических органах тела, таких как легкие , мочевыводящие пути и почки , результаты могут быть фатальными. [4] Поскольку он процветает на влажных поверхностях, эта бактерия также встречается на медицинском оборудовании и в нем , включая катетеры , вызывая перекрестные инфекции в больницах и клиниках . Он также способен разлагать углеводороды и использовался для разложения смоляных шариков и нефти из нефтяных разливов . [5] P. aeruginosa не является чрезвычайно вирулентным по сравнению с другими основными видами патогенных бактерий, такими как грамположительный Staphylococcus aureus и Streptococcus pyogenes , хотя P. aeruginosa способна к обширной колонизации и может объединяться в устойчивые биопленки . [6]
Слово Pseudomonas означает «ложная единица», от греческого pseudēs ( греч . ψευδής, ложный) и ( лат . monas , от греч . μονάς, отдельная единица). Корень слова mon использовался на ранних этапах истории микробиологии для обозначения микроорганизмов и микробов , например, королевства Monera . [7]
Название вида aeruginosa — это латинское слово, означающее verdigris («медная ржавчина»), что относится к сине-зеленому цвету лабораторных культур этого вида. Этот сине-зеленый пигмент представляет собой комбинацию двух вторичных метаболитов P. aeruginosa , пиоцианина (синего) и пиовердина (зеленого), которые придают культурам характерный сине-зеленый цвет. [7] Другое утверждение от 1956 года заключается в том, что aeruginosa может быть получено от греческого префикса ae-, означающего «старый или престарелый», и суффикса ruginosa , означающего морщинистый или бугристый. [8]
Названия пиоцианин и пиовердин происходят от греческого pyo- , что означает «гной», [9] cyanin , что означает «синий», [10] и verdine , что означает «зеленый». [ требуется цитата ] Таким образом, термин «пиоциановые бактерии» относится конкретно к «синему гною», характерному для инфекции P. aeruginosa . Пиовердин в отсутствие пиоцианина имеет флуоресцентно-желтый цвет. [ требуется цитата ]
Геном Pseudomonas aeruginosa состоит из относительно большой кольцевой хромосомы (5,5–6,8 Мб), которая несет от 5500 до 6000 открытых рамок считывания , а иногда и плазмиды различных размеров в зависимости от штамма. [11] Сравнение 389 геномов из разных штаммов P. aeruginosa показало, что только 17,5% являются общими. Эта часть генома является основным геномом P. aeruginosa . [12]
напряжение: | VRFPA04 | С3719 | ПАО1 | ПА14 | PACS2 |
---|---|---|---|---|---|
Размер хромосомы (пн) | 6,818,030 | 6,222,097 | 6,264,404 | 6,537,648 | 6,492,423 |
ORF | 5,939 | 5,578 | 5,571 | 5,905 | 5,676 |
Сравнительное геномное исследование (в 2020 году) проанализировало 494 полных генома рода Pseudomonas , из которых 189 были штаммами P. aeruginosa . [13] Исследование показало, что их количество белков и содержание GC варьировались от 5500 до 7352 (в среднем: 6192) и от 65,6 до 66,9% (в среднем: 66,1%) соответственно. [13] Этот сравнительный анализ дополнительно идентифицировал 1811 белков ядра aeruginosa, что составляет более 30% протеома. Более высокий процент белков ядра aeruginosa в этом последнем анализе можно частично объяснить использованием полных геномов. Хотя P. aeruginosa является очень хорошо определенным монофилетическим видом, как с точки зрения филогеномики, так и с точки зрения значений ANIm, он удивительно разнообразен с точки зрения содержания белка, что свидетельствует о наличии очень динамичного вспомогательного протеома, согласно нескольким анализам. [13] [14] [15] [16] Похоже, что в среднем промышленные штаммы имеют самые большие геномы, за ними следуют штаммы, встречающиеся в окружающей среде, а затем клинические изоляты. [13] [17] То же сравнительное исследование (494 штамма Pseudomonas , из которых 189 являются P. aeruginosa ) выявило, что 41 из 1811 основных белков P. aeruginosa присутствовали только у этого вида и не присутствовали ни у одного другого представителя рода, при этом 26 (из 41) были аннотированы как гипотетические. Кроме того, еще 19 ортологичных белковых групп присутствуют по крайней мере в 188/189 штаммах P. aeruginosa и отсутствуют во всех других штаммах этого рода. [ необходима цитата ]
Популяцию P. aeruginosa можно разделить на три основные линии, генетически характеризуемые модельными штаммами PAO1, PA14 и более дивергентным PA7. [18]
Хотя P. aeruginosa обычно считается условно-патогенным микроорганизмом, несколько широко распространенных клонов, по-видимому, стали более специализированными патогенами, особенно у пациентов с муковисцидозом , включая эпидемический штамм Ливерпуля (LES), который встречается в основном в Великобритании [19] , DK2 в Дании [20] и AUST-02 в Австралии (также ранее известный как AES-2 и P2). [21] Существует также клон, который часто обнаруживается при заражении репродуктивных путей лошадей. [22] [23]
P. aeruginosa является факультативным анаэробом , поскольку он хорошо приспособлен к размножению в условиях частичного или полного истощения кислорода. Этот организм может достигать анаэробного роста с нитратом или нитритом в качестве конечного акцептора электронов . Когда кислород, нитрат и нитрит отсутствуют, он способен ферментировать аргинин и пируват путем фосфорилирования на уровне субстрата . [24] Кроме того, феназины, продуцируемые P. aeruginosa, могут действовать как переносчики электронов, способствуя выживанию клеток на глубине в биопленках. [25] Адаптация к микроаэробным или анаэробным средам имеет важное значение для определенных образов жизни P. aeruginosa , например, во время легочной инфекции при муковисцидозе и первичной цилиарной дискинезии , когда толстые слои легочной слизи и продуцируемый бактериями альгинат, окружающий мукоидные бактериальные клетки, могут ограничивать диффузию кислорода. Рост P. aeruginosa в организме человека может быть бессимптомным, пока бактерии не образуют биопленку, которая подавляет иммунную систему. Эти биопленки обнаруживаются в легких людей с кистозным фиброзом и первичной цилиарной дискинезией и могут оказаться фатальными. [26] [27] [28] [29] [30] [31] [ чрезмерное цитирование ]
P. aeruginosa использует железо как источник питательных веществ для роста. Однако железо не так легкодоступно, поскольку оно обычно не встречается в окружающей среде. Железо обычно находится в форме в основном нерастворимого трехвалентного железа. [32] Кроме того, чрезмерно высокие уровни железа могут быть токсичными для P. aeruginosa . Чтобы преодолеть это и регулировать правильное потребление железа, P. aeruginosa использует сидерофоры , которые представляют собой секретируемые молекулы, связывающие и транспортирующие железо. [33] Однако эти комплексы железо-сидерофор не являются специфическими. Бактерия, которая произвела сидерофоры, не обязательно получает прямую выгоду от потребления железа. Скорее, все члены клеточной популяции с равной вероятностью получат доступ к комплексам железо-сидерофор. Члены клеточной популяции, которые могут эффективно производить эти сидерофоры, обычно называются кооператорами; члены, которые производят мало или не производят сидерофоров, часто называются обманщиками. Исследования показали, что когда кооператоры и обманщики растут вместе, у кооператоров снижается приспособленность, а у обманщиков повышается. [34] Величина изменения приспособленности увеличивается с увеличением ограничения железа. [35] С увеличением приспособленности обманщики могут превзойти кооператоров; это приводит к общему снижению приспособленности группы из-за отсутствия достаточного производства сидерофоров. Эти наблюдения показывают, что наличие смеси кооператоров и обманщиков может снизить вирулентную природу P. aeruginosa . [34]
LigD образуют подсемейство ДНК-лигаз . Все они имеют домен LigDom/лигазы, но многие бактериальные LigD также имеют отдельные домены полимеразы /PolDoms и домены нуклеазы /NucDoms. В случае P. aeruginosa домены нуклеазы являются N-концевыми , а домены полимеразы являются C-концевыми , расширениями одного центрального домена лигазы. [36]
Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Февраль 2021 г. ) |
Часто выступая в качестве условно-патогенного , нозокомиального патогена у лиц с ослабленным иммунитетом , но способного инфицировать и иммунокомпетентных, P. aeruginosa обычно поражает дыхательные пути, мочевыводящие пути , ожоги и раны , а также вызывает другие инфекции крови . [37]
Инфекции | Детали и общие ассоциации | Группы высокого риска |
---|---|---|
Пневмония | Диффузная бронхопневмония | Муковисцидоз , пациенты с бронхоэктазами , не связанными с муковисцидозом |
Септический шок | Связано с фиолетово-черным поражением кожи, гангренозной эктимой. | Пациенты с нейтропенией |
Инфекция мочевыводящих путей | Катетеризация мочевыводящих путей | |
Желудочно-кишечная инфекция | Некротизирующий энтероколит | Недоношенные дети и пациенты с нейтропенией, страдающие раком |
Инфекции кожи и мягких тканей | Кровоизлияние и некроз | Люди с ожогами или раневыми инфекциями |
Это наиболее распространенная причина инфекций ожоговых травм и наружного уха ( наружный отит ), а также наиболее частый колонизатор медицинских устройств (например, катетеров ). Pseudomonas может распространяться через загрязненное и не очищенное должным образом оборудование или через руки работников здравоохранения. [38] Pseudomonas может, в редких случаях, вызывать внебольничные пневмонии , [39] а также вентилятор -ассоциированные пневмонии, являясь одним из наиболее распространенных агентов, выделенных в нескольких исследованиях. [40] Пиоцианин является фактором вирулентности бактерий и, как известно, вызывает смерть у C. elegans из-за окислительного стресса . Однако салициловая кислота может ингибировать выработку пиоцианина. [41] Одна из десяти внутрибольничных инфекций вызвана Pseudomonas [ необходима ссылка ] . Пациенты с муковисцидозом также предрасположены к инфицированию легких P. aeruginosa из-за функциональной потери движения ионов хлора через клеточные мембраны в результате мутации . [42] P. aeruginosa также может быть распространенной причиной «сыпи от джакузи» ( дерматита ), вызванной отсутствием надлежащего периодического внимания к качеству воды. Поскольку эти бактерии процветают во влажной среде, такой как джакузи и бассейны, они могут вызывать кожную сыпь или ухо пловца. [38] Pseudomonas также является распространенной причиной послеоперационной инфекции у пациентов, перенесших радиальную кератотомию . Организм также связан с поражением кожи эктимой гангренозной . P. aeruginosa часто ассоциируется с остеомиелитом, включающим колотые раны стопы, которые, как полагают, возникают в результате прямой инокуляции P. aeruginosa через пенопластовую прокладку, обнаруженную в теннисной обуви, при этом у пациентов с диабетом риск выше.
Сравнительный геномный анализ 494 полных геномов Pseudomonas , включая 189 полных геномов P. aeruginosa , выявил несколько белков, которые являются общими для подавляющего большинства штаммов P. aeruginosa , но не наблюдаются в других проанализированных геномах Pseudomonas . [13] Известно, что эти специфичные для aeruginosa основные белки, такие как CntL, CntM, PlcB, Acp1, MucE, SrfA, Tse1, Tsi2, Tse3 и EsrC , играют важную роль в патогенности этого вида. [13]
P. aeruginosa использует экзотоксин фактора вирулентности A для инактивации эукариотического фактора удлинения 2 посредством АДФ-рибозилирования в клетке-хозяине, подобно тому, как это делает дифтерийный токсин . Без фактора удлинения 2 эукариотические клетки не могут синтезировать белки и некротизируются. Высвобождение внутриклеточного содержимого вызывает иммунологический ответ у иммунокомпетентных пациентов. Кроме того, P. aeruginosa использует экзофермент ExoU, который разрушает плазматическую мембрану эукариотических клеток, что приводит к лизису . Все чаще признается, что сидерофор , приобретающий железо , пиовердин , также функционирует как токсин, удаляя железо из митохондрий , нанося ущерб этой органелле. [43] [44] Поскольку пиовердин секретируется в окружающую среду, он может быть легко обнаружен хозяином или хищником, что приводит к миграции хозяина/хищника к бактериям. [45]
Феназины — это окислительно-восстановительные пигменты, вырабатываемые P. aeruginosa . Эти пигменты участвуют в распознавании кворума , вирулентности и получении железа. [46] P. aeruginosa вырабатывает несколько пигментов, все из которых вырабатываются биосинтетическим путем: феназин-1-карбоксамид (PCA), 1-гидроксифеназин, бетаин 5-метилфеназин-1-карбоновой кислоты, пиоцианин и аэругинозин А. В биосинтезе феназина участвуют два почти идентичных оперона: phzA1B1C1D1E1F1G1 и phzA2B2C2D2E2F2G2 . [47] [48] [49] Ферменты, кодируемые этими оперонами, преобразуют хоризмовую кислоту в PCA. Продукты трех ключевых генов, phzH , phzM , и phzS затем преобразуют PCA в другие феназины, упомянутые выше. Хотя биосинтез феназина хорошо изучен, остаются вопросы относительно окончательной структуры коричневого феназина пиомеланина. [ необходима цитата ]
При ингибировании биосинтеза пиоцианина наблюдается снижение патогенности P. aeruginosa in vitro . Это говорит о том, что пиоцианин в основном отвечает за начальную колонизацию P. aeruginosa in vivo . [49]
Было обнаружено, что при низком уровне фосфата P. aeruginosa активизируется из доброкачественного симбионта, чтобы выделять смертельные токсины внутри кишечного тракта и серьезно повреждать или убивать хозяина, что можно смягчить, предоставляя избыток фосфата вместо антибиотиков. [50]
У высших растений P. aeruginosa вызывает мягкую гниль , например, у Arabidopsis thaliana (кресс-салат Таля) [51] и Lactuca sativa (салат). [52] [53] Он также патогенен для беспозвоночных животных, включая нематоду Caenorhabditis elegans , [54] [55] плодовую муху Drosophila , [56] и моль Galleria mellonella . [57] Ассоциации факторов вирулентности одинаковы для инфекций растений и животных. [52] [58] Как у насекомых, так и у растений вирулентность P. aeruginosa в значительной степени зависит от кворумного сенсора (QS). [59] Его QS, в свою очередь, в значительной степени зависит от таких генов, как ацил-гомосерин-лактонсинтаза и lasI . [60]
P. aeruginosa — это условно-патогенный микроорганизм, способный координировать экспрессию генов для конкуренции с другими видами за питательные вещества или колонизацию. Регулирование экспрессии генов может происходить посредством межклеточной коммуникации или кворумного зондирования (QS) посредством продукции небольших молекул, называемых аутоиндукторами , которые высвобождаются во внешнюю среду. Эти сигналы, достигая определенных концентраций, коррелирующих с определенной плотностью клеток популяции, активируют соответствующие им регуляторы, тем самым изменяя экспрессию генов и координируя поведение. P. aeruginosa использует пять взаимосвязанных систем QS — las, rhl, pqs, iqs и pch — каждая из которых производит уникальные сигнальные молекулы. [61] Системы las и rhl отвечают за активацию многочисленных генов, контролируемых QS, система pqs участвует в передаче сигналов хинолона, а система iqs играет важную роль в межклеточной коммуникации. [62] QS у P. aeruginosa организована иерархически. На вершине иерархии сигнализации находится система las, поскольку регулятор las инициирует регуляторную систему QS, активируя транскрипцию ряда других регуляторов, таких как rhl. Таким образом, система las определяет иерархический каскад QS от регулонов las к rhl. [63] Обнаружение этих молекул указывает на то, что P. aeruginosa растет в виде биопленки в легких пациентов с муковисцидозом. [64] Однако влияние систем QS и особенно las на патогенность P. aeruginosa неясно. Исследования показали, что мутанты с дефицитом lasR связаны с более тяжелыми исходами у пациентов с муковисцидозом [65] и обнаруживаются у 63% хронически инфицированных пациентов с муковисцидозом, несмотря на нарушенную активность QS. [66]
Известно, что QS контролирует экспрессию ряда факторов вирулентности иерархическим образом, включая пигмент пиоцианин. Однако, хотя система las инициирует регуляцию экспрессии генов, ее отсутствие не приводит к потере факторов вирулентности. Недавно было продемонстрировано, что система rhl частично контролирует факторы, специфичные для las, такие как протеолитические ферменты, ответственные за эластолитическую и стафилолитическую активность, но с задержкой. Таким образом, las является прямым и косвенным регулятором генов, контролируемых QS. [62] Другая форма регуляции генов , которая позволяет бактериям быстро адаптироваться к изменениям окружающей среды, осуществляется посредством сигнализации окружающей среды. Недавние исследования обнаружили, что анаэробиоз может существенно влиять на основную регуляторную схему QS. Эта важная связь между QS и анаэробиозом оказывает существенное влияние на выработку факторов вирулентности этого организма. [67] Чеснок экспериментально блокирует восприятие кворума у P. aeruginosa . [68]
Как и у большинства грамотрицательных бактерий, образование биопленки P. aeruginosa регулируется одной единственной молекулой: циклическим ди-ГМФ . При низкой концентрации циклического ди-ГМФ P. aeruginosa ведет свободноплавающий образ жизни. Но когда уровень циклического ди-ГМФ повышается, P. aeruginosa начинает образовывать сидячие сообщества на поверхностях. Внутриклеточная концентрация циклического ди-ГМФ увеличивается в течение нескольких секунд, когда P. aeruginosa касается поверхности ( например , камня, пластика, тканей хозяина...). [69] Это активирует выработку адгезивных пилей , которые служат «якорями» для стабилизации прикрепления P. aeruginosa к поверхности. На более поздних стадиях бактерии начнут необратимо прикрепляться, производя прочную адгезивную матрицу. В то же время циклический ди-ГМФ подавляет синтез жгутикового аппарата, не давая P. aeruginosa плавать. При подавлении биопленки становятся менее адгезивными и их легче обрабатывать. Матрица биопленки P. aeruginosa состоит из нуклеиновых кислот, аминокислот, углеводов и различных ионов. Она механически и химически защищает P. aeruginosa от агрессии иммунной системы и некоторых токсичных соединений. [70] Матрица биопленки P. aeruginosa состоит из трех типов полимеров сахара (или «экзополисахаридов»), называемых PSL, PEL и альгинатом. [71] То, какие именно экзополисахариды продуцируются, зависит от штамма. [72]
При определенных сигналах или стрессах P. aeruginosa восстанавливает программу биопленки и отсоединяется. Недавние исследования показали, что диспергированные клетки из биопленок P. aeruginosa имеют более низкие уровни циклического ди-ГМФ и отличную от физиологии планктонных и биопленочных клеток физиологию, [74] [75] с уникальной динамикой популяции и подвижностью. [76] Такие диспергированные клетки, как обнаружено, очень вирулентны против макрофагов и C. elegans , но очень чувствительны к стрессу от железа по сравнению с планктонными клетками. [74]
Биопленки P. aeruginosa могут вызывать хронические оппортунистические инфекции , которые представляют собой серьезную проблему для медицинской помощи в индустриальных обществах, особенно для пациентов с ослабленным иммунитетом и пожилых людей. Их часто невозможно эффективно лечить с помощью традиционной антибиотикотерапии . Биопленки служат для защиты этих бактерий от неблагоприятных факторов окружающей среды, включая компоненты иммунной системы хозяина в дополнение к антибиотикам. P. aeruginosa может вызывать нозокомиальные инфекции и считается модельным организмом для изучения бактерий, устойчивых к антибиотикам. Исследователи считают важным узнать больше о молекулярных механизмах, которые вызывают переключение с планктонного роста на фенотип биопленки, и о роли QS в бактериях, устойчивых к лечению, таких как P. aeruginosa . Это должно способствовать лучшему клиническому ведению хронически инфицированных пациентов и должно привести к разработке новых лекарств. [67]
Ученые изучали возможную генетическую основу устойчивости P. aeruginosa к антибиотикам, таким как тобрамицин . Один локус, идентифицированный как важный генетический детерминант устойчивости у этого вида, — это ndvB , который кодирует периплазматические глюканы , которые могут взаимодействовать с антибиотиками и вызывать их секвестрацию в периплазме. Эти результаты предполагают, что за устойчивостью бактерий к антибиотикам стоит генетическая основа, а не просто биопленка, действующая как диффузионный барьер для антибиотика. [77]
В зависимости от характера инфекции собирается соответствующий образец и отправляется в бактериологическую лабораторию для идентификации. Как и в случае с большинством бактериологических образцов, проводится окрашивание по Граму , которое может показать грамотрицательные палочки и/или лейкоциты . P. aeruginosa образует колонии с характерным запахом «винограда» или «свежей лепешки» на бактериологических средах. В смешанных культурах его можно выделить в виде прозрачных колоний на агаре Макконки (поскольку он не ферментирует лактозу ), которые дадут положительный результат на оксидазу . Подтверждающие тесты включают продукцию сине-зеленого пигмента пиоцианина на агаре с цетримидом и рост при 42 °C. Скошенная среда TSI часто используется для различения неферментирующих видов Pseudomonas от кишечных патогенов в образцах фекалий. [ необходима цитата ]
Когда P. aeruginosa выделяется из обычно стерильного места (кровь, кость, глубокие скопления), это, как правило, считается опасным и почти всегда требует лечения. [78] [79] Однако P. aeruginosa часто выделяется из нестерильных мест (мазки изо рта, мокрота и т. д.), и в этих обстоятельствах это может представлять собой колонизацию, а не инфекцию. Поэтому выделение P. aeruginosa из нестерильных образцов следует интерпретировать осторожно, и перед началом лечения следует обратиться за советом к микробиологу или врачу-инфекционисту/фармацевту. Часто лечение не требуется. [ необходима цитата ]
Морфологические, физиологические и биохимические характеристики Pseudomonas aeruginosa представлены в таблице ниже.
Тип теста | Тест | Характеристики |
---|---|---|
Персонажи колонии | Размер | Большой |
Тип | Гладкий | |
Цвет | ||
Форма | Плоский | |
Морфологические признаки | Форма | Стержень |
Физиологические признаки | Подвижность | + |
Рост при 6,5% NaCl | - | |
Биохимические признаки | Окрашивание по Граму | - |
Оксидаза | + | |
каталаза | + | |
Окислительно-ферментативный | ||
Подвижность | + | |
Метиловый красный | - | |
Фогес-Проскауэр | - | |
индол | - | |
Производство H2S | - | |
Уреаза | - | |
Нитратредуктаза | + | |
β-галактозидаза | ||
Фенилаланиндезаминаза | - | |
ДНКаза | - | |
Липаза | + | |
Лизиндекарбоксилаза | - | |
Пигмент | + (голубовато-зеленая пигментация) | |
Гемолиз | Бета/переменная | |
Гидролиз | Желатин | + |
Казеин | ||
Использование | Глицерин | + |
Галактоза | - | |
D-глюкоза | + | |
D-Фруктоза | + | |
D-манноза | - | |
Маннитол | + | |
Цитрат | + | |
Мальтоза | - | |
Сахароза | - | |
Лактоза | - |
Примечание: + = Положительный, - = Отрицательный
P. aeruginosa — грамотрицательная, аэробная (иногда факультативно анаэробная ), палочковидная бактерия с униполярной подвижностью . [80] Она была идентифицирована как условно-патогенный микроорганизм как для людей, так и для растений. [81] P. aeruginosa — типовой вид рода Pseudomonas . [82]
Идентификация P. aeruginosa может быть осложнена тем фактом, что отдельные изоляты часто лишены подвижности. Сама морфология колонии также демонстрирует несколько разновидностей. Основные два типа — большие, гладкие, с плоским краем и приподнятым центром, и маленькие, шероховатые и выпуклые. [83] Также может быть обнаружен третий тип, мукоидный. Большие колонии обычно можно найти в клинических условиях, в то время как маленькие встречаются в природе. [83] Третий тип, однако, присутствует в биологических условиях и был обнаружен в дыхательных путях и мочевыводящих путях. [83] Кроме того, мутации в гене lasR радикально изменяют морфологию колонии и обычно приводят к неспособности гидролизовать желатин или гемолизировать. [ необходима цитата ]
При определенных условиях P. aeruginosa может выделять различные пигменты, включая пиоцианин (синий), пиовердин (желтый и флуоресцентный ), пиорубин (красный) и пиомеланин (коричневый). Их можно использовать для идентификации организма. [84]
Клиническая идентификация P. aeruginosa может включать определение продукции пиоцианина и флуоресцеина, а также ее способности расти при температуре 42 °C. P. aeruginosa способна расти в дизельном и реактивном топливе , где она известна как микроорганизм , использующий углеводороды , вызывающий микробную коррозию . [85] Она создает темные, гелеобразные маты, которые иногда неправильно называют « водорослями » из-за их внешнего вида. [ требуется ссылка ]
This section needs additional citations for verification. (February 2021) |
Многие изоляты P. aeruginosa устойчивы к широкому спектру антибиотиков и могут демонстрировать дополнительную устойчивость после безуспешного лечения. Обычно должно быть возможно направлять лечение в соответствии с лабораторной чувствительностью, а не выбирать антибиотик эмпирически . Если антибиотики начинаются эмпирически, то следует приложить все усилия для получения культур (до введения первой дозы антибиотика), и выбор используемого антибиотика следует пересмотреть, когда будут доступны результаты культуры.
Из-за широко распространенной резистентности ко многим распространенным антибиотикам первой линии карбапенемы , полимиксины и, в последнее время, тигециклин считались препаратами выбора; однако, резистентность к этим препаратам также была зарегистрирована. Несмотря на это, они все еще используются в областях, где резистентность еще не была зарегистрирована. Использование ингибиторов β-лактамазы, таких как сульбактам, было рекомендовано в сочетании с антибиотиками для усиления антимикробного действия даже при наличии определенного уровня резистентности. Было обнаружено, что комбинированная терапия после тщательного тестирования чувствительности к антимикробным препаратам является наилучшим курсом действий при лечении множественной лекарственной устойчивости P. aeruginosa . Некоторые антибиотики следующего поколения, которые, как сообщается, активны против P. aeruginosa , включают дорипенем, цефтобипрол и цефтаролин. Однако для их стандартизации требуется больше клинических испытаний. Поэтому исследования по открытию новых антибиотиков и лекарств против P. aeruginosa крайне необходимы. Антибиотики, которые могут иметь активность против P. aeruginosa, включают:
Поскольку фторхинолоны являются одним из немногих классов антибиотиков, широко эффективных против P. aeruginosa , в некоторых больницах их использование строго ограничено, чтобы избежать развития резистентных штаммов. В редких случаях, когда инфекция поверхностная и ограниченная (например, инфекции уха или ногтя), можно использовать местный гентамицин или колистин [ требуется цитата ] .
При раневых инфекциях, вызванных псевдомонадами, уксусная кислота с концентрацией от 0,5% до 5% может быть эффективным бактериостатическим средством для устранения бактерий из раны. Обычно стерильную марлю, пропитанную уксусной кислотой, накладывают на рану после промывания физиологическим раствором. Перевязки делаются один раз в день. Pseudomonas обычно устраняется в 90% случаев после 10–14 дней лечения. [87]
Одной из самых тревожных характеристик P. aeruginosa является ее низкая восприимчивость к антибиотикам, что объясняется согласованным действием многокомпонентных насосов оттока лекарств с генами устойчивости к антибиотикам, кодируемыми хромосомами, т. е. генами, кодирующими белки, которые служат ферментами для расщепления антибиотиков. Примерами таких генов являются:
Конкретные гены и ферменты, участвующие в устойчивости к антибиотикам, могут различаться у разных штаммов. [101] [102] P. aeruginosa TG523 содержал гены, предположительно обладающие антибактериальной активностью, а также гены, которые участвуют в вирулентности. [103]
Другой особенностью, способствующей устойчивости P. aeruginosa к антибиотикам , является низкая проницаемость клеточных оболочек бактерий. [104] В дополнение к этой внутренней устойчивости P. aeruginosa легко развивает приобретенную устойчивость либо путем мутации в хромосомно-кодируемых генах, либо путем горизонтального переноса генов детерминант устойчивости к антибиотикам. Развитие множественной лекарственной устойчивости у изолятов P. aeruginosa требует нескольких различных генетических событий, включая приобретение различных мутаций и/или горизонтальный перенос генов устойчивости к антибиотикам. Гипермутация способствует отбору вызванной мутациями устойчивости к антибиотикам у штаммов P. aeruginosa , вызывающих хронические инфекции, тогда как кластеризация нескольких различных генов устойчивости к антибиотикам в интегронах способствует согласованному приобретению детерминант устойчивости к антибиотикам. Некоторые недавние исследования показали, что фенотипическая устойчивость, связанная с образованием биопленки или с появлением вариантов с небольшими колониями, может быть важна в ответе популяций P. aeruginosa на лечение антибиотиками. [67]
Было обнаружено, что механизмы, лежащие в основе устойчивости к антибиотикам, включают выработку ферментов, разрушающих или инактивирующих антибиотики, белков внешней мембраны для вытеснения антибиотиков и мутаций для изменения мишеней антибиотиков. Сообщалось о наличии ферментов, разрушающих антибиотики, таких как β-лактамазы расширенного спектра, такие как PER-1, PER-2 и VEB-1, цефалоспориназы AmpC, карбапенемазы, такие как сериновые оксациллиназы, металло-b-лактамазы, карбапенемазы типа OXA и аминогликозид-модифицирующие ферменты, среди прочих. P. aeruginosa также может модифицировать мишени действия антибиотиков: например, метилирование 16S рРНК для предотвращения связывания аминогликозидов и модификации ДНК или топоизомеразы для защиты от действия хинолонов. Также сообщалось, что P. aeruginosa обладает системами многокомпонентных насосов эффлюкса, которые обеспечивают устойчивость к ряду классов антибиотиков, и MexAB-OprM ( семейство резистентности-нодуляции-деления ( RND )) считается наиболее важным [105] . Важным фактором, связанным с устойчивостью к антибиотикам, является снижение вирулентных возможностей резистентного штамма. Такие результаты были получены в случае штаммов, устойчивых к рифампицину и колистину, у которых было зафиксировано снижение инфекционной способности, кворумного восприятия и подвижности. [106]
Мутации в ДНК-гиразе обычно связаны с устойчивостью к антибиотикам у P. aeruginosa . Эти мутации, в сочетании с другими, обеспечивают высокую устойчивость, не препятствуя выживанию. Кроме того, гены, участвующие в передаче сигналов циклического ди-ГМФ, могут способствовать устойчивости. Когда P. aeruginosa выращивается в условиях in vitro , имитирующих легкие пациента с муковисцидозом, эти гены многократно мутируют. [107]
Было показано, что две малые РНК , Sr0161 и ErsA , взаимодействуют с мРНК, кодирующей основной порин OprD, ответственный за поглощение антибиотиков группы карбапенемов в периплазму . sRNA связываются с 5'UTR oprD , вызывая повышение бактериальной устойчивости к меропенему . Другая sRNA, Sr006 , может положительно регулировать (посттранскрипционно) экспрессию PagL, фермента, ответственного за деацилирование липида A. Это снижает провоспалительные свойства липида A. [108] Кроме того, подобно процессу, обнаруженному у Salmonella , [109] регуляция Sr006 экспрессии PagL может способствовать устойчивости к полимиксину B. [108]
Пробиотическая профилактика может предотвратить колонизацию и отсрочить начало инфекции Pseudomonas в условиях отделения интенсивной терапии. [110] [ необходим неосновной источник ] Иммунопрофилактика против Pseudomonas изучается. [111] Риск заражения P. aeruginosa можно снизить, избегая бассейнов, джакузи и других водоемов со стоячей водой; регулярно дезинфицируя и/или заменяя оборудование, которое регулярно контактирует с влагой (например, оборудование и растворы для контактных линз); и часто мыть руки (что также защищает от многих других патогенов). Однако даже самые лучшие правила гигиены не могут полностью защитить человека от P. aeruginosa, учитывая, насколько распространена P. aeruginosa в окружающей среде. [112]
Фаготерапия против P. aeruginosa была исследована как возможное эффективное лечение, которое можно сочетать с антибиотиками, не имеет противопоказаний и имеет минимальные побочные эффекты. Фаги производятся в виде стерильной жидкости, пригодной для приема внутрь, применения и т. д. [113] Фаготерапия против ушных инфекций, вызванных P. aeruginosa, была описана в журнале Clinical Otolaryngology в августе 2009 года. [114] По состоянию на 2024 год [update]исследования по этой теме продолжаются. [115]
В 2013 году Жуан Ксавьер описал эксперимент, в котором P. aeruginosa , подвергаясь повторным раундам условий, в которых ей необходимо было роиться, чтобы добыть пищу, развила способность «гиперроиться» со скоростью на 25% быстрее, чем у базовых организмов, путем развития множественных жгутиков , тогда как у базового организма есть один жгутик. [116] Этот результат был примечателен в области экспериментальной эволюции тем, что он был высоко воспроизводимым. [117] P. aeruginosa изучалась для использования в биоремедиации и использовании в переработке полиэтилена в твердых бытовых отходах . [118]
Исследования системной биологии этой бактерии привели к разработке метаболических моделей в масштабе генома, которые позволяют проводить компьютерное моделирование и прогнозирование темпов роста бактерий в различных условиях, включая свойства их вирулентности. [119] [120]
По состоянию на 2019 год Восточноафриканское сообщество[update] считает P. aeruginosa карантинной проблемой из-за присутствия Phaseolus vulgaris – патогенных штаммов P. aeruginosa в Кении для остальной части региона. Анализ риска вредителей , проведенный EAC, был основан на списке этой бактерии в CABI Crop Protection Compendium после первоначального обнаружения Kaaya & Darji 1989 в Кении. [121]
Небольшое количество случаев заражения в Соединенных Штатах в 2022 и 2023 годах, вероятно, было вызвано некачественными глазными каплями. [122]