Введение

Виды патогенных бактерий, вызывающих инфекцию листериоз. Listeria monocytogenes – это вид патогенных бактерий, вызывающих инфекцию листериоз. Это факультативный анаэроб, способный выживать в присутствии или отсутствии кислорода. Он может расти и размножаться внутри клеток хозяина и является одним из наиболее вирулентных патогенов, передающихся с пищей: от 20 до 30% случаев пищевого листериоза у людей из группы риска могут быть смертельными. В Европейском союзе наблюдается восходящий тренд заболеваемости листериозом, начавшийся в 2008 году, который в 2014 году привел к 2161 подтвержденному случаю и 210 зарегистрированным смертям, что на 16% больше, чем в 2013 году. Уровень смертности от листериоза в ЕС также выше, чем от других пищевых патогенов. По оценкам, в Соединенных Штатах листериоз ежегодно вызывает около 1600 заболеваний и 260 смертей. Он занимает третье место по общему числу смертей, связанных с бактериальными патогенами пищевого происхождения, при этом уровень смертности превышает показатели, наблюдаемые при заражении Salmonella spp. и Clostridium botulinum. Listeria monocytogenes – это грамположительная бактерия, относящаяся к типу Bacillota и названная в честь Джозефа Листера. Ее способность расти при температурах до 0 °C позволяет ей размножаться при обычных температурах хранения в холодильнике, что значительно затрудняет контроль над ее присутствием в пищевых продуктах. Обладая жгутиками, L. monocytogenes подвижна при 30 °C и ниже, но обычно не при 37 °C. Вместо этого она может перемещаться внутри эукариотических клеток посредством взрывной полимеризации актиновых нитей (известных как «хвосты комет» или «актиновые ракеты»). Исследования показывают, что до 10% желудочно-кишечного тракта человека могут быть колонизированы L. monocytogenes. Это третья наиболее частая причина менингита у новорожденных. Listeria monocytogenes может инфицировать мозг, оболочки спинного мозга и/или кровоток хозяина при употреблении зараженной пищи, такой как непастеризованное молоко или сырые продукты.

Классификация

L. monocytogenes – это грамположительная, не образующая спор, подвижная, факультативно анаэробная, палочковидная бактерия. Она каталазоположительна и оксидазоотрицательна и экспрессирует бета-гемолизин, вызывающий разрушение эритроцитов. Эта бактерия демонстрирует характерную кувыркающуюся подвижность при наблюдении в световом микроскопе. Хотя L. monocytogenes активно подвижна благодаря перитрихозным жгутикам при комнатной температуре (20–25 °C), организм не синтезирует жгутики при температуре тела (37 °C). Род Listeria относится к классу Bacilli и порядку Bacillales, который также включает роды Bacillus и Staphylococcus. В настоящее время род Listeria включает 27 видов: Listeria aquatica, Listeria booriae, Listeria cornellensis, Listeria cossartiae, Listeria costaricensis, Listeria farberi, Listeria fleischmannii, Listeria floridensis, Listeria goaensis, Listeria grandensis, Listeria grayi, Listeria immobilis, Listeria innocua, Listeria ivanovii, Listeria marthii, Listeria monocytogenes, Listeria murrayi, Listeria newyorkensis, Listeria portnoyi, Listeria riparia, Listeria rocourtiae, Listeria rustica, Listeria seeligeri, Listeria thailandensis, Listeria valentina, Listeria weihenstephanensis, Listeria welshimeri. L. denitrificans, ранее считавшаяся относящейся к роду Listeria, была переклассифицирована в новый род Jonesia. И L. ivanovii, и L. monocytogenes патогенны для мышей, но только L. monocytogenes постоянно связана с заболеваниями человека. 13 серотипов L. monocytogenes могут вызывать заболевания, но более 90% изолятов от человека относятся только к трем серотипам: 1/2a, 1/2b и 4b. Штаммы L. monocytogenes серотипа 4b ответственны за 33–35% спорадических случаев заболевания человека во всем мире и за все крупные вспышки пищевых отравлений в Европе и Северной Америке с 1980-х годов.

История

L. monocytogenes был впервые описан Э. Г. Д. Мюрреем (Эверитт Джордж Данн Мюррей) в 1924 году на основании шести случаев внезапной смерти молодых кроликов, а описание было опубликовано им совместно с коллегами в 1926 году. Мюррей первоначально называл этот организм Bacterium monocytogenes, пока Харви Пири не изменил название рода на Listeria в 1940 году. Хотя клинические описания инфекции, вызываемой L. monocytogenes, как у животных, так и у людей, были опубликованы в 1920-х годах, значимой причиной неонатальных инфекций, сепсиса и менингита она была признана только в 1952 году в Восточной Германии. Листериоз у взрослых позднее связали с пациентами, имеющими ослабленную иммунную систему, такими как люди, принимающие иммуносупрессанты и кортикостероиды при онкологических заболеваниях или после трансплантации органов, а также с ВИЧ-инфицированными. Тем не менее, L. monocytogenes был идентифицирован как возбудитель пищевых отравлений только в 1981 году. Вспышка листериоза в Галифаксе, провинция Новая Шотландия, включавшая 41 случай и 18 смертей, преимущественно среди беременных женщин и новорожденных, была эпидемиологически связана с употреблением в пищу капустного салата, содержащего капусту, загрязненную L. monocytogenes из овечьего навоза. С тех пор было зарегистрировано множество случаев пищевого листериоза, и L. monocytogenes теперь широко признан важным фактором риска в пищевой промышленности.

Патогенез

Инвазивная инфекция L. monocytogenes вызывает листериоз. При неинвазивной инфекции любое заболевание, возникшее в результате инфекции, называется лихорадочным гастроэнтеритом. Проявления листериоза включают сепсис, менингит (или менингоэнцефалит), язву роговицы, пневмонию, миокардит и внутриматочные или цервикальные инфекции у беременных женщин, которые могут привести к спонтанному аборту (во втором или третьем триместре) или мертворождению. У новорожденных, переживших фетоматеринский листериоз, может развиться гранулематоз инфантисептический – пиогенные гранулемы, распределенные по всему телу, – а также физическая задержка развития. Симптомы, подобные гриппу, включая стойкую лихорадку, обычно предшествуют развитию вышеупомянутых расстройств. Гастроинтестинальные симптомы, такие как тошнота, рвота и диарея, могут предшествовать более серьезным формам листериоза или быть единственными проявлениями. Эпидемиологически гастроинтестинальные симптомы были связаны с применением антацидов или циметидина. Время до развития тяжелых форм листериоза неизвестно, но может варьироваться от нескольких дней до 3 недель. Время до появления гастроинтестинальных симптомов неизвестно, но, вероятно, превышает 12 часов. Раннее исследование показало, что L. monocytogenes уникален среди грамположительных бактерий тем, что может обладать липополисахаридом, выполняющим функцию эндотоксина. Позже было установлено, что это не истинный эндотоксин. Клеточные стенки Listeria постоянно содержат липотеихоевые кислоты, в которых гликолипидный фрагмент, например, галактозилглюкозилдиглицерид, ковалентно связан с терминальным фосфомоноэстером теихоевой кислоты. Этот липидный участок закрепляет полимерную цепь на цитоплазматической мембране. Эти липотеихоевые кислоты по структуре и функции напоминают липополисахариды грамотрицательных бактерий, являясь единственными амфипатическими полимерами на поверхности клетки. На поверхности L. monocytogenes присутствуют остатки D-галактозы, которые могут присоединяться к D-галактозным рецепторам на клеточных стенках хозяина. Эти клетки-хозяева обычно представляют собой M-клетки и пейеровы бляшки слизистой оболочки кишечника. После присоединения к этим клеткам L. monocytogenes может транслоцироваться через кишечную мембрану и проникать в организм. Альтернативно, потеря структурной целостности (например, небольшие лацерации) в эпителии желудочно-кишечного тракта может позволить микроорганизму проникнуть из желудочно-кишечного тракта в кровоток. Инфекционная доза L. monocytogenes варьируется в зависимости от штамма и восприимчивости организма. Исходя из случаев заражения через сырое или предположительно пастеризованное молоко, можно предположить, что у восприимчивых людей менее 1000 микроорганизмов могут вызвать заболевание. L. monocytogenes может проникать в эпителий желудочно-кишечного тракта. Попав в моноциты, макрофаги или полиморфноядерные лейкоциты хозяина, бактерия становится гематогенной (сепсис) и способна к росту. Ее внутриклеточное присутствие в фагоцитарных клетках также обеспечивает доступ к мозгу и, вероятно, трансплацентарную миграцию к плоду у беременных женщин. Этот процесс известен как «механизм троянского коня». Патогенез L. monocytogenes основан на его способности выживать и размножаться в фагоцитарных клетках хозяина. Похоже, что Listeria изначально эволюционировала для проникновения в мембраны кишечника как внутриклеточная инфекция и разработала химический механизм для этого. Он включает бактериальный белок интерналин (InlA/InlB), который присоединяется к белку на мембране кишечных клеток – «кадхерину» – и позволяет бактериям проникать в клетки посредством зип-механизма. Эти молекулы адгезии также присутствуют в двух других необычайно прочных барьерах у человека – гематоэнцефалическом и плацентарном барьерах, что может объяснить склонность L. monocytogenes к вызыванию менингита и поражению плода в утробе матери. Попав внутрь клетки, L. monocytogenes быстро подкисляет просвет вакуоли, образованной вокруг нее при проникновении в клетку, чтобы активировать листериолизин O – холестеринзависимый цитолизин, способный разрушать мембрану вакуоли. Это освобождает патоген и обеспечивает ему доступ к цитозолю клетки, где продолжается его патогенез. Подвижность во внутриклеточном пространстве обеспечивается белком, индуцирующим сборку актина, который позволяет бактериям использовать механизм полимеризации актина клетки-хозяина для полимеризации цитоскелета, обеспечивая «толчок» для бактериальной клетки, чтобы она могла перемещаться внутри клетки. Тот же механизм позволяет бактериям перемещаться от клетки к клетке.

Регулирование патогенеза

L. monocytogenes может выступать в роли сапрофита или патогена, в зависимости от окружающей среды. Когда эта бактерия находится внутри организма хозяина, кворумное зондирование и другие сигналы приводят к повышению экспрессии нескольких генов вирулентности. В зависимости от локализации бактерии в организме хозяина, различные активаторы усиливают экспрессию генов вирулентности. SigB, альтернативный сигма-фактор, усиливает экспрессию генов Vir в кишечнике, в то время как PrfA усиливает экспрессию генов, когда бактерия находится в крови. L. monocytogenes также определяет попадание в организм хозяина, анализируя доступные источники питательных веществ. Например, L-глутамин, обильный источник азота в организме хозяина, индуцирует экспрессию генов вирулентности у L. monocytogenes. Мало что известно о механизмах переключения этой бактерии между сапрофитным и патогенным образом жизни; однако, предполагается, что для индуцирования этого перехода необходимы несколько некодирующих РНК.

Патогенность линий

L. monocytogenes имеет три отчетливых генеалогических линии с различной эволюционной историей и патогенным потенциалом. Штаммы линии I содержат большинство клинических изолятов от человека и все эпидемические клоны человека, но встречаются реже в клинических изолятах животных. Изоляты линии III крайне редки, но значительно чаще встречаются у животных, чем у людей. Виды Listeria растут на средах, таких как агар Мюллера-Хинтона. Идентификация облегчается, если первичные культуры выполняются на агаре, содержащем овечью кровь, поскольку вокруг и под колониями можно наблюдать характерную небольшую зону гемолиза. Выделение может быть улучшено, если ткань выдерживается при 4 °C в течение нескольких дней перед посевом в бактериологическую среду. Этот организм является факультативным анаэробом, каталазоположительным и подвижным. Listeria образует кислоту, но не газ, при ферментации различных углеводов. Подвижность при комнатной температуре и продукция гемолизина – основные признаки, позволяющие дифференцировать Listeria от Corynebacterium. Методы анализа пищевых продуктов сложны и требуют много времени. Современный метод FDA США, пересмотренный в сентябре 1990 года, требует 24 и 48 часов обогащения, за которым следуют различные другие тесты. Общее время для идентификации составляет от пяти до семи дней, но ожидается, что объявление о появлении специфических ДНК-зондов, не меченных радиоактивными изотопами, в скором времени позволит упростить и ускорить подтверждение подозрительных изолятов. Технологии рекомбинантной ДНК могут даже позволить проводить положительный анализ в течение двух-трех дней в будущем. В настоящее время FDA сотрудничает в адаптации своей методологии для количественной оценки очень малого количества микроорганизмов в пищевых продуктах.

Лечение

При листериозном менингите общая смертность может достигать 70%, при сепсисе – 50%, а при перинатальных/неонатальных инфекциях – более 80%. При инфекциях во время беременности мать обычно выживает. Имеются сообщения об успешном лечении парентеральным пенициллином или ампициллином. Триметоприм-сульфаметоксазол оказался эффективным у пациентов с аллергией на пенициллин. Разработка лечения бактериофагами ведется несколькими компаниями. EBI Food Safety и Intralytix предлагают продукты, подходящие для борьбы с этой бактерией. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило коктейль из шести бактериофагов от Intralytix и препарат, содержащий один тип фага, от EBI Food Safety, предназначенные для уничтожения L. monocytogenes. Возможно его применение, например, для опрыскивания фруктов и готового к употреблению мяса, такого как ветчина и индейка, нарезанные ломтиками.

Использование в качестве вектора трансфекции

Поскольку L. monocytogenes является внутриклеточной бактерией, некоторые исследования использовали ее в качестве вектора для доставки генов в условиях in vitro. Современная эффективность трансфекции остается недостаточной. Одним из примеров успешного применения L. monocytogenes в технологиях трансфера in vitro является доставка генной терапии при муковисцидозе.

Лечение рака

Listeria monocytogenes изучается как средство иммунотерапии рака при нескольких типах онкологических заболеваний. Живая аттенуированная вакцина против рака на основе Listeria monocytogenes, ADXS11 001, находится в разработке в качестве потенциального метода лечения рака шейки матки.

Эпидемиология

Исследователи обнаружили Listeria monocytogenes как минимум у 37 видов млекопитающих, как домашних, так и диких, а также у не менее 17 видов птиц и, возможно, у некоторых видов рыб и морепродуктов. В лабораториях можно выделить Listeria monocytogenes из почвы, силоса и других источников в окружающей среде. Listeria monocytogenes отличается высокой устойчивостью и необычайно хорошо переносит неблагоприятное воздействие замораживания, сушки и нагрева для бактерии, не образующей спор. Большинство штаммов Listeria monocytogenes в той или иной степени патогенны.

Пути заражения

Listeria monocytogenes связана с такими продуктами, как сырое молоко, пастеризованное жидкое молоко, сыры (особенно мягкие сорта с созреванием), яйца, сваренные вкрутую, мороженое, сырые овощи, ферментированные сырокопченые колбасы, сырая и приготовленная птица, сырое мясо (всех видов) и сырая и копченая рыба. Большинство бактерий могут выживать при температуре, близкой к нулю, но не способны поглощать питательные вещества, расти или размножаться; однако L. monocytogenes обладает способностью расти при температурах до 0 °C, что обеспечивает экспоненциальное размножение в охлажденных продуктах. При температуре охлаждения, например 4 °C, количество железа может оказывать влияние на рост L. monocytogenes.

Инфекционный цикл

Основным местом инфекции является кишечный эпителий, где бактерии проникают в нефагоцитарные клетки посредством механизма "молнии". Поглощение стимулируется связыванием листериальных интернинов (Inl) с E-кадерином, фактором адгезии клеток хозяина, или Met (c Met), фактором роста гепатоцитов. Это связывание активирует определенные Rho GTPases, которые впоследствии связываются и стабилизируют белок синдрома Вискотта-Олдриха (WASp). WASp затем может связываться с комплексом Arp2/3 и служить точкой нуклеации актина. Последующая полимеризация актина создает "фагоцитарную чашу" – актин-содержащую структуру, обычно формируемую фагоцитами вокруг чужеродных материалов перед эндоцитозом. Конечным эффектом связывания интернинов является использование аппарата межклеточных соединений хозяина для интернализации бактерии. L. monocytogenes также может проникать в фагоцитарные клетки (например, макрофаги), но для проникновения в нефагоцитарные клетки требуются только интернины. После интернализации бактерия должна покинуть вакуоль/фагосому до слияния с лизосомой. Три основных фактора вирулентности, позволяющих бактерии высвободиться, – это листериолизин O (LLO, кодируемый hly), фосфолипаза A (кодируемая plcA) и фосфолипаза B (plcB). Секреция LLO и PlcA нарушает мембрану вакуоли и позволяет бактерии проникнуть в цитоплазму, где она может размножаться. Попав в цитоплазму, L. monocytogenes во второй раз использует актин хозяина. Белки ActA, связанные со старым полюсом бактериальной клетки (являясь бациллой, L. monocytogenes делится посередине клетки, таким образом, имеет один новый полюс и один старый полюс), способны связываться с комплексом Arp2/3, тем самым индуцируя нуклеацию актина в определенной области поверхности бактериальной клетки. Полимеризация актина затем проталкивает бактерию в одном направлении в мембрану клетки-хозяина. Образующаяся выпячивание может быть интернализирована соседней клеткой, формируя вакуоль с двойной мембраной, из которой бактерия должна высвободиться с помощью LLO и PlcB. Этот способ прямого распространения от клетки к клетке включает клеточный механизм, известный как парацитофагия. Способность L. monocytogenes успешно инфицировать зависит от его устойчивости к высоким концентрациям желчи, встречающимся в желудочно-кишечном тракте. Эта устойчивость частично обусловлена нуклеотидной эксцизионной репаративной протеином UvrA, необходимым для восстановления повреждений ДНК, вызванных желчными солями.