Кіріспе
Бактерия түрі Streptococcus pneumoniae немесе пневмококк – грам-оң, шар тәрізді бактерия, Streptococcus туысының альфа-гемолитикалық өкілі. Олар көбінесе жұптарда (диплококк) кездеседі, спора түзбайды және жылжымайды. S. pneumoniae адамға қатысты маңызды патогенді бактерия ретінде 19 ғасырдың соңында пневмонияның негізгі себебі ретінде танылды және көптеген гуморальды иммунитет зерттеулерінің нысаны болып табылады. Streptococcus pneumoniae денсаулық сақтайтын адамдарда асимптоматикалық түрде, әдетте тыныс алу жолдарында, қуыстарда және мұрын қуысында қоныстануы мүмкін. Алайда, иммундық жүйесі нашарлаған, қарттар мен кішкентай балалар сияқты сезімтал адамдарда бактерия патогенді болып, басқа жерлерге таралып ауру тудыруы мүмкін. Ол адамнан адамға тікелей байланыс арқылы, тыныс жолдарының тамшыларымен, сондай-ақ бактерияны жоғарғы тыныс алу жолдарында тасымалдайтын адамдарда аутоинокуляция арқылы таралады. Жаңа туған нәрестелерде инфекция тудыруы мүмкін. Streptococcus pneumoniae балалар мен қарттарда қауымдық пневмония мен менингиттің, ал ВИЧ жұқтырған адамдарда сепсистің негізгі себебі болып табылады. Бұл организм пневмониядан басқа көптеген түрлі пневмококк инфекцияларын тудырады. Бұл инвазивті пневмококк ауруларына бронхит, ринит, жедел синусит, ортаңғы құлақтың қабынуы, конъюнктивит, менингит, сепсис, остеомиелит, септикалық артрит, эндокардит, перитонит, перикардит, целлюлит және ми абсцесі жатады. Streptococcus pneumoniae вируданс стрептококктарынан, олардың кейбіреулері де альфа-гемолитикалық болып келеді, оптохин сынағы арқылы ажыратуға болады, себебі S. pneumoniae оптохинге сезімтал. S. pneumoniae өтпен лизиске, яғни "өт ерігіштігіне" сезімталдығы бойынша да ажыратуға болады. Грам-оң, кокоидты бактериялардың Грам-дағы ерекше морфологиясы – ланцет пішіндес диплококктар. Олардың полисахаридтік капсуласы организм үшін вируленттілік факторы болып табылады; 100-ден астам түрлі серотип белгілі, және бұл типтер вируленттілік, таралу жиілігі және дәріге төзімділік деңгейі бойынша ерекшеленеді. Капсулалық полисахарид (CPS) – иесінің иммундық жүйесіне қарсы маңызды қорғаныс механизмі. Ол S. pneumoniae штамдарының капсулаланған сыртқы қабатын құрайды және әдетте жасуша қабырғасының пептидогликанына бекітіледі. Ол жоғары молекулалық салмақты полимерден алынған, жасуша қабырғасына ковалентті байланыстар арқылы байланысқан қайталанатын олигосахаридтік бірліктерден тұратын тұтқыр заттан тұрады. S. pneumoniae-нің әртүрлі штаммдарының вируленттілігі мен инвазивтілігі олардың химиялық құрамымен және өндіретін CPS мөлшерімен анықталатын серотипіне байланысты өзгереді. S. pneumoniae штаммдарының арасындағы айырмашылықтар патогенезге маңызды әсер етеді, бактериялардың тірі қалуын және инвазивті ауру тудыру мүмкіндігін анықтайды. Сонымен қатар, CPS гранулоциттердің жасуша қабырғасына кіруіне кедергі келтіріп, фагоцитозды тежейді.
Streptococcus pneumoniae, or pneumococcus, is a Gram positive, spherical bacteria, alpha hemolytic member of the genus Streptococcus. They are usually found in pairs (diplococci) and do not form spores and are non motile. As a significant human pathogenic bacterium S. pneumoniae was recognized as a major cause of pneumonia in the late 19th century, and is the subject of many humoral immunity studies. Streptococcus pneumoniae resides asymptomatically in healthy carriers typically colonizing the respiratory tract, sinuses, and nasal cavity. However, in susceptible individuals with weaker immune systems, such as the elderly and young children, the bacterium may become pathogenic and spread to other locations to cause disease. It spreads by direct person to person contact via respiratory droplets and by auto inoculation in persons carrying the bacteria in their upper respiratory tracts. It can be a cause of neonatal infections. Streptococcus pneumoniae is the main cause of community acquired pneumonia and meningitis in children and the elderly, and of sepsis in those infected with HIV. The organism also causes many types of pneumococcal infections other than pneumonia. These invasive pneumococcal diseases include bronchitis, rhinitis, acute sinusitis, otitis media, conjunctivitis, meningitis, sepsis, osteomyelitis, septic arthritis, endocarditis, peritonitis, pericarditis, cellulitis, and brain abscess. Streptococcus pneumoniae can be differentiated from the viridans streptococci, some of which are also alpha hemolytic, using an optochin test, as S. pneumoniae is optochin sensitive. S. pneumoniae can also be distinguished based on its sensitivity to lysis by bile, the so called "bile solubility test". The encapsulated, Gram positive, coccoid bacteria have a distinctive morphology on Gram stain, lancet shaped diplococci. They have a polysaccharide capsule that acts as a virulence factor for the organism; more than 100 different serotypes are known, and these types differ in virulence, prevalence, and extent of drug resistance. The capsular polysaccharide (CPS) serves as a critical defense mechanism against the host immune system. It composes the outermost layer of encapsulated strains of S. pneumoniae and is commonly attached to the peptidoglycan of the cell wall. It consists of a viscous substance derived from a high molecular weight polymer composed of repeating oligosaccharide units linked by covalent bonds to the cell wall. The virulence and invasiveness of various strains of S. pneumoniae vary according to their serotypes, determined by their chemical composition and the quantity of CPS they produce. Variations among different S. pneumoniae strains significantly influence pathogenesis, determining bacterial survival and likelihood of causing invasive disease. Additionally, the CPS inhibits phagocytosis by preventing granulocytes’ access to the cell wall.
Тарих
1881 жылы, кейін 1886 жылы пневмококк деп белгілі болған организмді француз химигі Луи Пастер анықтады. 1920 жылдан бастап, организмнің Грам бояуымен боялған қақырықтағы ерекше түріне байланысты Diplococcus pneumoniae деп аталды. 1974 жылы стрептококктарға өте ұқсас болғандықтан, оны Streptococcus pneumoniae деп қайта атады. Streptococcus pneumoniae генетикалық материалдың ДНК-дан тұратынын көрсетуде орталық рөл атқарды. 1928 жылы Фредерик Гриффит, зиянсыз пневмококты өлімге әкелетін түрге айналдыратын, тірі пневмококтарды жылымен өлтірілген вирусты пневмококтармен бірге еге отырып, өмірдің өзгеруін көрсетті. 1944 жылы Освальд Эйвери, Колин МакЛеод және Маклин МакКарти, Гриффиттің тәжірибесіндегі түрлендіруші фактордың, сол кезде кеңінен сене қалғандай, ақуыз емес, ДНК екенін дәлелдеді. Эйверидің жұмысы молекулалық генетика дәуірінің бастауын қалады.
Генетика
S. pneumoniae геномы – тұқымға қарай 2,0 мен 2,1 миллион негіз жұбын қамтитын, жабық, дөңгелек ДНК құрылымы. Оның негізгі гендер жиынтығында 1553 ген, ал вируломда вируленттілікке әсер ететін 154 ген және инвазивті емес фенотипті сақтайтын 176 ген бар. Тұқымдар арасындағы генетикалық ақпарат 10%-ға дейін айырмашылыққа ие болуы мүмкін. Пневмококк геномында 11 түрлі лантибиотиктерді қоса алғанда, микробқа қарсы пептидтердің кең және әртүрлі жиынтығы кездеседі.
Түрлендіру
Табиғи бактериялық трансформация – қоршаған орта арқылы бір бактериядан екіншісіне ДНК-ның берілуі. Трансформация – энергия қажет ететін күрделі даму процесі және көптеген гендердің экспрессиясына байланысты. S. pneumoniae-де трансформация үшін кем дегенде 23 ген қажет. Бактерияның экзогенді ДНК-ны өз хромосомасына байланыстырып, қабылдап, рекомбинациялауы үшін, оның арнайы физиологиялық күйге, яғни құзыреттілікке енуі керек. S. pneumoniae-дегі құзыреттілік митомицин С, фторхинолон антибиотиктері (норфлоксацин, левофлоксацин және моксифлоксацин) және топоизомераза ингибиторлары сияқты ДНК-ны зақымдайтын факторлармен шақырылады. Трансформация S. pneumoniae-ні митомицин С-тің бактерицидтік әсерінен қорғайды. Michod және басқалар S. pneumoniae-дегі құзыреттілікті индукциялаудың окисдену стресіне төзімділікті арттырумен және ДНК зақымдарын жою үшін рекомбинациялық жөндеу механизмінің негізгі құрауышы – RecA ақуызының экспрессиясын күшейтумен байланысты екенін көрсететін дәлелдерді жинақтады. Осы тұжырымдарға сүйене отырып, олар трансформацияның ДНК-ның окисдену зақымдарын жөндеуге бейімделу екенін ұсынды. S. pneumoniae инфекциясы полиморфонуклеарлы лейкоциттерді (гранулоциттерді) бактериялар үшін қауіпті окисденулік жарылыс жасауға стимул береді. S. pneumoniae-нің осы жауапты иммундық қорғаныс шарасынан туындаған геномдағы окисденуші ДНК зақымдарын жөндеу қабілеті патогеннің вируленттілігіне үлес қосады. Осы гипотезаны растай отырып, Li және басқалар S. pneumoniae-нің әртүрлі, жоғары трансформацияланатын изоляттары арасында мұрындық колонизацияға қабілеттілігі мен вируленттілігі (өкпе инфекциясы) толыққанды құзыреттілік жүйесіне байланысты екенін хабарлады.
Инфекция
Streptococcus pneumoniae жоғарғы тыныс алу жолдарының қалыпты флорасының бір бөлігі болып табылады. Көптеген табиғи флоралар сияқты, ол тиісті жағдайларда, әдетте, жанушының иммундық жүйесі әлсіреген кезде патогенді болуы мүмкін. Инвазиндер, мысалы, пневмолизин, антифагоциттік капсула, әртүрлі адгезиндер және иммуногенді жасуша қабырғасының құраушылары – вируленттіліктің маңызды факторлары. S. pneumoniae өкпедегі ауа қапшықтарына қоныстанғаннан кейін, организм қабыну реакциясын күшейтеді, нәтижесінде плазма, қан және ақ қан жасушалары альвеолаларды толтырады. Бұл жағдай бактериялық пневмония деп аталады. S. pneumoniae спонтанды фазалық өзгеріске ұшырайды, мөлдір және опақты колония фенотиптері арасында ауысады. Мөлдір фенотипте жұқа капсула болады және ол көп мөлшерде фосфорилхолин (ChoP) мен холин байланыстырушы А протеинін (CbpA) экспрессиялайды, бұл бактериялардың мұрын-жұтқыншақта жабысу және колонизациялау қабілетіне көмектеседі. Опақты фенотип қалың капсуламен сипатталады, бұл жанушының тазалау механизміне қарсы тұруды арттырады. Ол бактериялардың қанда тірі қалуына көмектесетін көп мөлшерде капсула және пневмококк бетіндегі А (PspA) протеинін экспрессиялайды. Бұл екі фенотип арасындағы фазалық өзгеріс S. pneumoniae-нің адам организмінің әртүрлі жүйелерінде тірі қалуына мүмкіндік береді.
Аурулар мен симптомдар
Пневмония – S. pneumoniae қоздырғышынан туындайтын аурулардың ең көп таралғаны, оның белгілеріне қызба мен дікіс, жөтел, тез тыныс алу, тыныс алудың қиындауы және кеудедегі ауырсыну жатады. Егде саягөйлерде оған бағдарының шатыруы, әлсіздік және жоғарыда аталған белгілердің әлсіз білінуі қосылуы мүмкін. Пневмококк менингиті – ми мен жұлынды қаптаған тіндің инфекциясы. Оның белгілері: мойынның қаттылығы, қызба, бас ауруы, бағдарының шатыруы және жарыққа сезімталдық. Сепсис – инфекцияға организмнің шамадан тыс реакциясынан туындайды, ол тіндердің зақымдануына, органдардың жұмысын тоқтатуына, тіпті өлімге алып келуі мүмкін. Оның белгілері: бағдарының шатыруы, тыныс алудың қиындауы, жүрек соғысының жиілеуі, ауырсыну немесе дискомфорт, шектен тыс терлеу, қызба, дікіс немесе суық сезіну.
Вакцина
S. pneumoniae қоздырғышынан туындайтын аурудың маңыздылығына байланысты, жақыннан келген инфекциядан қорғау үшін бірнеше вакциналар жасалған. Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы пневмококк вакцинациясын балаларға міндетті түрде енгізуді ұсынады; ол Ұлыбритания, АҚШ және Оңтүстік Африка сияқты бірқатар елдерде балалардың иммундау кестесіне қосылған. Қазіргі уақытта S. pneumoniae-ге қарсы екі вакцина қол жетімді: пневмококк полисахаридтік вакцина (PPV23) және пневмококк конъюгат вакцинасы (PCV13). PPV23 бактериялық инфекциялармен күресу үшін типтік антиденелердің өндірісін стимуляциялау үшін CPS-ті пайдаланады, бұл комплементті белсендіру, опсонизация және фагоцитоз сияқты процестерді іске қосады. Ол бактерия бетіндегі CPS-ке бағытталған гуморальды иммундық жауапты тудырады. PPSV23 Т-жасушаларына тәуелсіз иммунитетті қамтамасыз етеді және оның уақытша табиғатынан туындайтындықтан, алғашқы вакцинациядан кейін 5 жыл өткен соң қайта вакцинациялау қажет. PCV13 балалар мен нәрестелерде тиімділігінің төмендігі анықталғанда әзірленді. PCV13 Т-жасушаларына тәуелді жауапты қоздырады және B және T жасушаларының өзара әрекеттесуін күшейту арқылы ұзаққа созылатын иммунитетті қамтамасыз етеді, нәтижесінде иммундық жауап күшейеді және ұзарады.
Биотехнология
S. pneumoniae компоненттері биотехнологияның түрлі салаларында пайдаланылады. Осы бактерияның беткі молекулаларын гендік инженерия арқылы өзгерту арқылы, сортаза ферментін немесе SnoopTag/SnoopCatcher реакциясын қолданып, ақуыздарды өзгермейтіндей байланыстыруға болады. Сондай-ақ, S. pneumoniae-ден әртүрлі гликозидтік гидролазалар клондалып, жасушалық гликозилдеуді талдауға көмектеседі.
Haemophilus influenzae- мен өзара әсерлесуі
Тарихи тұрғыдан алғанда, Haemophilus influenzae инфекцияның маңызды себебі болды, және H. influenzae және S. pneumoniae екеуі де адамның жоғарғы тыныс алу жүйесінде кездеседі. In vitro бәсекелестік зерттеуінде S. pneumoniae сутек пероксидімен шабуыл жасап, H. influenzae-ні жеңгені анықталды. Сондай-ақ, S. pneumoniae сутек пероксидін вируленттілік факторы ретінде қолданатыны дәлелденген. Дегенмен, екі апта ішінде тышқанның мұрын қуысына екі бактерия қосылған зерттеуде тек H. influenzae тірі қалды; одан әрі талдау көрсеткендей, өлген H. influenzae-ге ұшыраған нейтрофилдер S. pneumoniae-ге шабуыл жасағанда күштірек әрекет етеді.
Диагностика
Диагноз көбінесе клиникалық күдік пен денедегі кез келген жерден алынған сынамадағы оң нәтижеге негізделеді. S. pneumoniae, әдетте, оптохинге сезімтал, бірақ оптохинге төзімділік жағдайлары да кездеседі. Жаңа буын секвенирлеу және салыстырмалы геномика саласындағы соңғы жетістіктер S. pneumoniae-ді анықтау және идентификациялау үшін сенімді және берік молекулалық әдістерді әзірлеуге мүмкіндік берді. Мысалы, Xisco гені жақында ПТР негізінде S. pneumoniae-ді анықтау және оған жақын түрлерден ажырату үшін биомаркер ретінде сипатталды. Атроментин мен лейкомелон бактерияға қарсы белсенділікке ие, олар S. pneumoniae-де май қышқылдарының биосинтезі үшін қажетті enoyl acyl тасымалдаушы протеин редуктаза ферментін тежейді.
Қарсылық
Резистентті пневмококк штаммдары пенициллинге төзімді пневмококк (PRP), пенициллинге төзімді Streptococcus pneumoniae (PRSP), Streptococcus pneumoniae пенициллинге төзімді (SPPR) немесе дәріге төзімді Streptococcus pneumoniae (DRSP) деп аталады. 2015 жылы АҚШ-та шамамен 30 000 жағдай тіркелді, олардың 30 пайызында штаммдар бір немесе бірнеше антибиотикке төзімді болды.