Бруцеллы: характеристика, заболевание и история изучения

Введение

Род бактерий

Brucella – это род грам-отрицательных бактерий, названный в честь Дэвида Брюса (1855–1931). Они малы (0,5–0,7 на 0,6–1,5 мкм), не образуют капсулу, неподвижны, факультативно внутриклеточные коккобациллы. Brucella spp. являются возбудителями бруцеллеза – зоонозного заболевания, передающегося при употреблении зараженной пищи (например, непастеризованных молочных продуктов), прямом контакте с инфицированным животным или вдыхании аэрозолей. Передача от человека к человеку, например, половым путем, или от матери к ребенку, крайне редка, но возможна. Минимальная инфекционная доза составляет от 10 до 100 микроорганизмов. Различные виды Brucella генетически очень схожи, хотя каждый из них обладает некоторой специфичностью к определенному хозяину. Поэтому в таксономии Национального центра биотехнологической информации большинство видов Brucella включены в B. melitensis. Бруцеллез известен под многими названиями (для человека/для животных):
Мальтийская лихорадка/Болезнь Банга
Волнующая лихорадка/Энзоотический аборт
Средиземноморская лихорадка/Эпизоотический аборт
Гибралтарская скалистая лихорадка/Хромота телят
Гастроинтестинальная лихорадка/Эпидидимит баранов
Заразный аборт/Спонтанный аборт

Бруцеллез человека

Сэр Дэвид Брюс выделил B. melitensis из британских солдат, умерших от мальтийской лихорадки на Мальте. После воздействия Brucella у людей обычно наблюдается латентный период от двух до четырех недель, прежде чем проявятся симптомы, включающие острую волнообразную лихорадку (более 90% всех случаев), головную боль, артралгию (более 50%), ночную потливость, усталость и анорексию. Поздние осложнения могут включать артрит или эпидидимоорхит, спондилит, нейробруцеллез, образование абсцесса печени и эндокардит, последний из которых потенциально смертелен. Бруцеллез обычно не передается от человека к человеку; заражение происходит при контакте с жидкостями инфицированных животных (овец, крупного рогатого скота или свиней) или продуктами, полученными из них, такими как непастеризованное молоко и сыр. Бруцеллез также считается профессиональным заболеванием из-за более высокой заболеваемости среди людей, работающих с животными (например, на скотобойнях). Заражение возможно также при вдыхании загрязненной пыли или аэрозолей, в связи с чем CDC отнесла виды Brucella к категории потенциально используемых в качестве биологического оружия. Бруцеллез человека и животных характеризуется персистенцией бактерий в тканях мононуклеарной фагоцитарной системы, включая селезенку, печень, лимфатические узлы и костный мозг. Brucella также может поражать мужские половые органы. В 1860 году Дж. А. Марастон, помощник хирурга британской армии на Мальте, дал первое точное описание болезни, которую он назвал "средиземноморской перемежающейся желудочной лихорадкой". В 1897 году А. Э. Райт, патолог британской армии, разработал реакцию агглютинации для диагностики этого заболевания. В 1905 году Заммит, мальтийский врач, установил, что козы являются источником инфекции. Е. Банг, датский ветеринар, описал внутриклеточный патоген, вызывающий аборты у крупного рогатого скота в 1897 году, и назвал его Bacillus abortus. В 1918 году А. Эванс, американский микробиолог, установил связь между B. abortus и Micrococcus melitensis и отнес их к семейству Bacteriaceae. В 1914 году Молер выделил организм из печени и селезенки свиней, B. suis; B. neotome, B. ovis и B. canis были описаны в 1957, 1963 и 1966 годах соответственно. У людей заболевание приобретается при употреблении непастеризованного молока и продуктов, недоваренного мяса (потребители), при вдыхании в лаборатории (лабораторные работники), случайном повреждении кожи (фермеры, работники скотобойни и ветеринарные врачи), а также (редко) при контакте с конъюнктивой, переливании крови, трансплацентарной передаче и от человека к человеку.

Sir David Bruce isolated B. melitensis from British soldiers who died from Malta fever in Malta. After exposure to Brucella, humans generally have a two to four week latency period before exhibiting symptoms, which include acute undulating fever (>90% of all cases), headache, arthralgia (>50%), night sweats, fatigue, and anorexia. Later complications may include arthritis or epididymo orchitis, spondylitis, neurobrucellosis, liver abscess formation, and endocarditis, the latter potentially fatal. Human brucellosis is usually not transmitted from human to human; people become infected by contact with fluids from infected animals (sheep, cattle, or pigs) or derived food products, such as unpasteurized milk and cheese. Brucellosis is also considered an occupational disease because of a higher incidence in people working with animals (slaughterhouse cases). People may also be infected by inhalation of contaminated dust or aerosols, and as such, the CDC has labeled Brucella species as highly weaponizable. Human and animal brucellosis share the persistence of the bacteria in tissues of the mononuclear phagocyte system, including the spleen, liver, lymph nodes, and bone marrow. Brucella can also target the male reproductive tract. In 1860, J. A. Maraston, assistant surgeon in the British Army in Malta, gave the first accurate description of the disease he called "Mediterranian gastric remittent fever". In 1897, A. E. Wright, a pathologist in British army, developed the agglutination test, diagnostic of the disease. In 1905, Zammit, a Maltese physician, identified goats as the source of infection. E. Bang, a Danish veterinarian, described the intracellular pathogen causing abortion in cattle in 1897, and named it Bacillus abortus. In 1918, A. Evans, an American microbiologist, made the connection between B. abortus and Micrococcus melitensis, and placed them in the Bacteriaceae. In 1914, Mohler isolated an organism from the liver and spleen of pigs, B. suis; B. neotome, B. ovis, and B. canis were described in 1957, 1963, and 1966, respectively. In humans, the disease is acquired from unpasteurised milk and products or undercooked meat (consumers), laboratory inhalation (lab workers), accidental skin penetration or abrasion (farmers, slaughterhouse workers, and veterinarians), and (rarely) conjunctival contact, blood transfusion, transplacental, and person to person.

Болезнь человека

Бруцеллез может поражать любой орган или систему органов, и у 90% пациентов наблюдается циклическая (волнообразная) лихорадка. Хотя симптомы могут варьироваться, они также могут включать следующие клинические признаки: головную боль, слабость, артралгию, депрессию, потерю веса, усталость и нарушение функции печени. Неприятный запах пота считается классическим признаком. В 20–60% случаев возникают остеоартикулярные осложнения: артрит, спондилит или остеомиелит. Может развиться гепатомегалия, а также желудочно-кишечные осложнения. У 20% пациентов возможно вовлечение мочеполовой системы; наиболее часто встречаются орхит и эпидидимит. Неврологические симптомы включают депрессию и психическую усталость. Сердечно-сосудистые проявления могут включать эндокардит, приводящий к летальному исходу. Хронический бруцеллез сложно определить; продолжительность, тип и ответ на лечение варьируются. Возможна локализованная инфекция. Донорская кровь инфицированных лиц к приему не допускается. У новорожденных, инфицированных врожденно, могут наблюдаться низкий вес при рождении, нарушение роста и развития, желтуха, гепатомегалия, спленомегалия, затрудненное дыхание и общие признаки сепсиса (лихорадка, рвота). Некоторые случаи протекают бессимптомно.

Характеристики

Виды бруцелл – это небольшие, грамотрицательные, факультативные коккобациллы, большинство из которых не имеют капсулы, эндоспор или собственных плазмид. Они находятся внутри клеток организма хозяина и проявляют устойчивость во внешней среде. Внутриклеточный транспорт включает в себя два или три основных этапа, начиная с эндосомальных вакуолей, затем компартментов, происходящих из эндоплазматической сети, и, наконец, вакуолей, несущих несколько маркеров атипичной аутофагии. Они выживают при экстремальных температурах, значениях pH и влажности, а также в замороженных и абортных материалах. Они инфицируют многие виды, но с некоторой специфичностью. Вид Brucella относится к группе Rhizobiales, в классе Alphaproteobacteria. Они растут путем однополярного деления, как Agrobacterium tumefaciens, Sinorhizobium meliloti и Ochrobactrum anthropi. Обычно у них две хромосомы.

Клинические проявления

В 70% случаев заболевания поражается желудочно-кишечный тракт, включая анорексию, боль в животе, рвоту, диарею, запор, гепатомегалию и спленомегалию. В большинстве случаев заболевание поражает печень, но результаты функциональных тестов обычно нормальные или незначительно отклоняются от нормы. Обнаруживаются гранулемы (B. abortus), гепатит (B. melitensis) и абсцессы (B. suis). Скелетная система поражается в 20–60% случаев, включая артрит (тазобедренного, коленного и голеностопного суставов), спондилит, остеомиелит и сакроилиит (наиболее распространенный). Поражение поясничных позвонков может проявляться классическим радиологическим признаком эрозии позвонков. Неврологические симптомы включают менингит, энцефалит, радикулопатию, периферическую нейропатию, внутримозговые абсцессы, а также острую или хроническую ригидность затылочных мышц (<50%). В спинномозговой жидкости могут наблюдаться лимфоцитарный плеоцитоз, пониженный уровень глюкозы, повышенный уровень белка, положительный бактериальный посев (<50%) и агглютинация (положительная у >95% пациентов). Сердечно-сосудистые осложнения встречаются редко (эндокардит в 2% случаев), но являются основной причиной смертности. Часто требуется замена клапанов сердца и антибиотикотерапия. Также наблюдаются перикардит и миокардит. Легочная инфекция может быть вызвана ингаляционным или гематогенным путем и проявляться различными синдромами со стороны грудной клетки. Выделение Brucella из мокроты происходит редко. Инфекция мочеполовой системы может включать эпидидимоорхит или пионефроз (редко). Кожные проявления неспецифичны. Гематологические признаки включают анемию, лейкопению и тромбоцитопению.

Диагноз

Бруцелла выделяется из культуры крови на среде Кастанеды или из костного мозга. Может потребоваться длительная инкубация (до шести недель), так как рост бактерий медленный, но на современных автоматизированных системах культуры часто становятся положительными в течение 7 дней. При окраске по Граму они выглядят как плотные скопления грамотрицательных коккобацилл и чрезвычайно трудно различимы. В последние годы возросла популярность методов молекулярной диагностики, основанных на генетических компонентах возбудителя. Зачастую, о заболевании не задумываются, пока не будет получен положительный результат посева, к тому моменту образцы уже обработаны несколькими сотрудниками лаборатории. Цель профилактического лечения – предотвратить развитие заболевания у людей, подвергшихся воздействию бруцелл. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) перспективна для быстрой диагностики видов Brucella в образцах крови человека. Положительный результат ПЦР после завершения лечения не предсказывает возможного рецидива. Также описано использование ПЦР для анализа жидкостей и тканей, отличных от крови. Анамнез контакта с животными имеет решающее значение; в эндемичных районах его следует учитывать при диагностике любого неспецифического заболевания, сопровождающегося лихорадкой. В лаборатории для диагностики могут использоваться биохимические тесты. Чувствительность ELISA составила 100% по сравнению с культурой крови, но только 44% по сравнению с другими серологическими тестами, отличными от ELISA. Специфичность превышала 99%. В исследовании с участием 75 пациентов с бруцеллезом у пяти пациентов с положительным результатом ELISA был отрицательный результат реакции агглютинации в пробирке. В ряде эндемичных регионов тест на агглютинацию фебрильного антигена бруцелл (FBAT) является основным методом диагностики. Однако, недавние исследования показали его высокую неточность в постановке правильного диагноза, что подчеркивает сложность контроля бруцеллеза в странах с низким уровнем дохода. При бруцеллезном артрите количество лейкоцитов в синовиальной жидкости обычно не превышает 15 000 клеток/мкл. До использования антибиотиков смертность при бруцеллезе составляла 2%, в основном из-за эндокардита, а заболеваемость была высокой, особенно при инфекции, вызванной B. melitensis. Часто возникала стойкая глухота и повреждение спинного мозга. Преимущество данной схемы лечения заключается в том, что она предполагает пероральный прием препаратов без инъекций; однако, также сообщается о высокой частоте побочных эффектов (тошнота, рвота, потеря аппетита).

Brucella is isolated from a blood culture on Castaneda medium or from bone marrow. Prolonged incubation (up to six weeks) may be required, as they are slow growing, but on modern automated machines, the cultures often show positive results within 7 days. On Gram stain, they appear as dense clumps of Gram negative coccobacilli and are exceedingly difficult to see. In recent years, molecular diagnostic techniques based on the genetic component of the pathogen have become more popular. This most often happens when the disease is not thought of until cultures become positive, by which time the specimens have already been handled by a number of laboratory staff. The idea of preventive treatment is to stop people who have been exposed to Brucella from becoming ill with the disease. Polymerase chain reaction (PCR) shows promise for rapid diagnosis of Brucella species in human blood specimens. Positive PCR at the completion of treatment is not predictive of subsequent relapse. PCR testing for fluid and tissue samples other than blood has also been described. A history of animal contact is pivotal; in endemic area, it should be in the diagnosis of any nonspecific febrile illness. In the laboratory, biochemical tests can be diagnostic. The sensitivity of the ELISA was 100% when compared with blood culture, but only 44% compared with serologic tests other than ELISA. The specificity was >99%. In a study including 75 patients with brucellosis, five patients with positive ELISA had a negative tube agglutination test. In several Brucella endemic regions, the Febrile Antigen Brucella Agglutination Test (FBAT) is primarily used for diagnostics. Recent investigations on the use of FBAT have however illustrated its high inaccuracy in proper diagnosis, highlighting the difficulty of brucellosis control in low income settings. In the setting of Brucella arthritis, the synovial fluid white blood cell count does not generally exceed 15,000 cells/μl. for brucellosis before the use of antibiotics had a mortality of 2%, mainly due to endocarditis, and morbidity was high, especially with B. melitensis. Permanent nerve deafness and spinal cord damage often occurred. Prevention the advantage of this regimen is that it is oral medication with no injections; however, a high rate of side effects (nausea, vomiting, loss of appetite) has also been reported.

Чума в Фивах

Бруцеллез, вызываемый B. abortus, наиболее точно соответствует характеристикам чумы, описанной в трагедии «Царь Эдип». Несмотря на то, что современное течение бруцеллеза может казаться неправдоподобным, он, по крайней мере, был одним из факторов, составлявших комплексную эпидемию, наряду с Salmonella enterica серовар Typhi или другим патогеном, либо, возможно, древние варианты Brucella были более смертоносными.

Филогения

В настоящее время общепринятая таксономия основана на Списке названий прокарiót с устоявшейся номенклатурой (LPSN).

Эффект синего света

Инфекция макрофагов B. abortus стимулируется синим светом у дикого типа, но ограничена в фотохимически неактивных и ноль-мутантах, что указывает на то, что флавинсодержащая гистидинкиназа функционирует как фоторецептор, регулирующий вирулентность B. abortus. В то же время, лишение Brucella синих длин волн снизило ее скорость размножения на 90%.