Золотистый стафилококк: характеристики, патогенность и устойчивость к антибиотикам.

Введение

Вид грамположительной бактерии

Staphylococcus aureus – грамположительная сферическая бактерия, относящаяся к типу Bacillota, и является обычным компонентом микробиоты организма, часто обнаруживаемая в верхних дыхательных путях и на коже. Она часто дает положительный результат на каталазу и восстановление нитратов и является факультативным анаэробом, способным расти без доступа кислорода. Хотя S. aureus обычно выступает в роли комменсала микробиоты человека, он также может стать оппортунистическим патогеном, являясь частой причиной кожных инфекций, включая абсцессы, респираторных инфекций, таких как синусит, и пищевых отравлений. Патогенные штаммы часто способствуют развитию инфекций, продуцируя факторы вирулентности, такие как мощные белковые токсины, и экспрессируя клеточный поверхностный белок, который связывает и инактивирует антитела. S. aureus является одним из ведущих патогенов, связанных со смертностью, обусловленной антимикробной устойчивостью, а появление штаммов, устойчивых к антибиотикам, таких как метициллин-резистентный S. aureus (MRSA), представляет собой глобальную проблему в клинической медицине. Несмотря на обширные исследования и разработки, вакцина против S. aureus до сих пор не одобрена. По оценкам, от 21% до 30% населения являются длительными носителями S. aureus, а также нормальными обитателями нижних репродуктивных путей женщин. S. aureus может вызывать широкий спектр заболеваний, от незначительных кожных инфекций, таких как прыщи, импетиго, фурункулы, целлюлит, фолликулит, карбункулы, синдром ошпаренной кожи и абсцессы, до угрожающих жизни заболеваний, таких как пневмония, менингит, остеомиелит, эндокардит, токсический шок, бактериемия и сепсис. Он по-прежнему входит в число пяти наиболее распространенных причин внутрибольничных инфекций и часто является причиной инфекций ран после хирургических вмешательств. Ежегодно около 500 000 пациентов в больницах США заражаются стафилококковой инфекцией, преимущественно вызванной S. aureus. До 50 000 смертей в год в США связаны со стафилококковыми инфекциями.

Открытие

В 1880 году шотландский хирург Александр Огстон обнаружил, что стафилококк способен вызывать раневые инфекции, заметив скопления бактерий в гное из хирургического абсцесса во время операции. Он назвал его стафилококком из-за его характерного кластерного вида, заметного под микроскопом. В 1884 году немецкий ученый Фридрих Юлиус Розенбах идентифицировал Staphylococcus aureus, выделив и отделив его от Staphylococcus albus, близкородственной бактерии. В начале 1930-х годов врачи стали использовать более простой тест для выявления инфекции, вызванной S. aureus, – тест на коагулазу, позволяющий обнаружить фермент, производимый бактерией. До 1940-х годов инфекции S. aureus приводили к летальному исходу у большинства пациентов. Однако врачи обнаружили, что пенициллин способен излечить инфекции, вызванные S. aureus. К сожалению, к концу 1940-х годов устойчивость к пенициллину широко распространилась среди этой популяции бактерий, и начались вспышки, вызванные устойчивым штаммом.

Эволюция

Золотой стафилококк можно разделить на десять доминирующих человеческих линий. Существует также множество второстепенных линий, но они встречаются в популяции реже. Геномы бактерий в пределах одной и той же линии в основном консервативны, за исключением мобильных генетических элементов. К распространенным мобильным генетическим элементам S. aureus относятся бактериофаги, острова патогенности, плазмиды, транспозоны и стафилококковые кассетные хромосомы. Эти элементы позволили S. aureus непрерывно эволюционировать и приобретать новые признаки. Внутри вида S. aureus наблюдается значительное генетическое разнообразие. Исследование, проведенное Фицджеральдом и соавторами (2001), показало, что примерно 22% генома S. aureus является некодирующим и, следовательно, может различаться от бактерии к бактерии. Примером этого различия является вирулентность вида. Лишь немногие штаммы S. aureus ассоциированы с инфекциями у людей, что демонстрирует широкий диапазон инфекционной способности внутри вида. Предполагается, что одной из возможных причин значительной гетерогенности внутри вида является его зависимость от гетерогенных инфекций, когда несколько различных типов S. aureus вызывают инфекцию у одного хозяина. Различные штаммы могут выделять разные ферменты или привносить в группу различную устойчивость к антибиотикам, повышая ее патогенность. Таким образом, существует потребность в большом количестве мутаций и приобретении мобильных генетических элементов. Другим важным эволюционным процессом в S. aureus является его совместная эволюция с человеческими хозяевами. Со временем эта паразитическая связь привела к способности бактерии переноситься в носоглотке человека, не вызывая симптомов или инфекции, что обеспечивает ее распространение в популяции и повышает приспособленность как вида. Однако носителем S. aureus является примерно 50% населения, из которых 20% – постоянные носители, а 30% – перемежающиеся. Это заставляет ученых полагать, что существует множество факторов, определяющих бессимптомное носительство S. aureus у людей, включая индивидуальные особенности организма. Согласно исследованию Хофмана и соавторов (1995), эти факторы могут включать возраст, пол, диабет и курение. Они также выявили некоторые генетические вариации у людей, способствующие колонизации S. aureus, в частности, полиморфизм в гене рецептора глюкокортикоидов, приводящий к увеличению продукции кортикостероидов. В заключение, имеются данные, свидетельствующие о том, что любой штамм этой бактерии может стать инвазивным, поскольку это в значительной степени зависит от факторов, связанных с человеком. Несмотря на высокую скорость размножения и микроэволюции S. aureus, существуют многочисленные барьеры, препятствующие эволюции внутри вида. Одним из таких барьеров является AGR – глобальный регулятор акцессорных генов, связанный с уровнем вирулентности бактерии. Мутации, приводящие к потере функции этого гена, могут повышать приспособленность бактерии. Таким образом, S. aureus должен идти на компромисс, обменивая сниженную вирулентность на повышенную устойчивость к лекарственным препаратам. Другим барьером для эволюции является система рестрикции-модификации (RM) Sau1 типа I, защищающая бактерию от чужеродной ДНК путем ее расщепления. Обмен ДНК между бактериями одной линии не блокируется, поскольку они имеют одинаковые ферменты и система RM не распознает новую ДНК как чужую, но передача между разными линиями блокируется. В медицинской литературе бактерия часто упоминается как S. aureus, Staph aureus или Staph a. При микроскопическом исследовании S. aureus выглядит как стафилококки (гроздевидные скопления) и образует крупные, круглые, золотисто-желтые колонии, часто с гемолизом на кровяном агаре. S. aureus размножается бесполым путем посредством бинарного деления. Полное разделение дочерних клеток опосредуется аутолизином S. aureus, и при его отсутствии или направленном ингибировании дочерние клетки остаются прикрепленными друг к другу, образуя скопления. S. aureus является каталазоположительной, то есть способна производить фермент каталазу, который разлагает перекись водорода на воду и кислород. Тесты на активность каталазы иногда используются для дифференциации стафилококков от энтерококков и стрептококков. Ранее S. aureus отличали от других стафилококков с помощью коагулазного теста, однако не все штаммы S. aureus коагулазоположительны, и неправильная идентификация вида может повлиять на эффективность лечения и мер контроля. Естественная генетическая трансформация – это процесс размножения, включающий передачу ДНК от одной бактерии к другой через окружающую среду и интеграцию донорной последовательности в геном реципиента посредством гомологичной рекомбинации. Было показано, что S. aureus способен к естественной генетической трансформации, но только с низкой частотой в используемых экспериментальных условиях. Дальнейшие исследования показали, что развитие компетентности для естественной генетической трансформации может быть значительно выше при подходящих, пока не обнаруженных условиях.

Staphylococcus aureus can be sorted into ten dominant human lineages. There are numerous minor lineages as well, but these are not seen in the population as often. Genomes of bacteria within the same lineage are mostly conserved, with the exception of mobile genetic elements. Mobile genetic elements that are common in S. aureus include bacteriophages, pathogenicity islands, plasmids, transposons, and staphylococcal cassette chromosomes. These elements have enabled S. aureus to continually evolve and gain new traits. There is a great deal of genetic variation within the S. aureus species. A study by Fitzgerald et al. (2001) revealed that approximately 22% of the S. aureus genome is non coding and thus can differ from bacterium to bacterium. An example of this difference is seen in the species' virulence. Only a few strains of S. aureus are associated with infections in humans. This demonstrates that there is a large range of infectious ability within the species. It has been proposed that one possible reason for the great deal of heterogeneity within the species could be due to its reliance on heterogeneous infections. This occurs when multiple different types of S. aureus cause an infection within a host. The different strains can secrete different enzymes or bring different antibiotic resistances to the group, increasing its pathogenic ability. Thus, there is a need for a large number of mutations and acquisitions of mobile genetic elements. Another notable evolutionary process within the S. aureus species is its co evolution with its human hosts. Over time, this parasitic relationship has led to the bacterium's ability to be carried in the nasopharynx of humans without causing symptoms or infection. This allows it to be passed throughout the human population, increasing its fitness as a species. However, only approximately 50% of the human population are carriers of S. aureus, with 20% as continuous carriers and 30% as intermittent. This leads scientists to believe that there are many factors that determine whether S. aureus is carried asymptomatically in humans, including factors that are specific to an individual person. According to a 1995 study by Hofman et al., these factors may include age, sex, diabetes, and smoking. They also determined some genetic variations in humans that lead to an increased ability for S. aureus to colonize, notably a polymorphism in the glucocorticoid receptor gene that results in larger corticosteroid production. In conclusion, there is evidence that any strain of this bacterium can become invasive, as this is highly dependent upon human factors. Though S. aureus has quick reproductive and micro evolutionary rates, there are multiple barriers that prevent evolution with the species. One such barrier is AGR, which is a global accessory gene regulator within the bacteria. This such regulator has been linked to the virulence level of the bacteria. Loss of function mutations within this gene have been found to increase the fitness of the bacterium containing it. Thus, S. aureus must make a trade off to increase their success as a species, exchanging reduced virulence for increased drug resistance. Another barrier to evolution is the Sau1 Type I restriction modification (RM) system. This system exists to protect the bacterium from foreign DNA by digesting it. Exchange of DNA between the same lineage is not blocked, since they have the same enzymes and the RM system does not recognize the new DNA as foreign, but transfer between different lineages is blocked. In medical literature, the bacterium is often referred to as S. aureus, Staph aureus or Staph a S. aureus appears as staphylococci (grape like clusters) when viewed through a microscope, and has large, round, golden yellow colonies, often with hemolysis, when grown on blood agar plates. S. aureus reproduces asexually by binary fission. Complete separation of the daughter cells is mediated by S. aureus autolysin, and in its absence or targeted inhibition, the daughter cells remain attached to one another and appear as clusters. S. aureus is catalase positive (meaning it can produce the enzyme catalase). Catalase converts hydrogen peroxide to water and oxygen. Catalase activity tests are sometimes used to distinguish staphylococci from enterococci and streptococci. Previously, S. aureus was differentiated from other staphylococci by the coagulase test. However, not all S. aureus strains are coagulase positive and incorrect species identification can impact effective treatment and control measures. Natural genetic transformation is a reproductive process involving DNA transfer from one bacterium to another through the intervening medium, and the integration of the donor sequence into the recipient genome by homologous recombination. S. aureus was found to be capable of natural genetic transformation, but only at low frequency under the experimental conditions employed. Further studies suggested that the development of competence for natural genetic transformation may be substantially higher under appropriate conditions, yet to be discovered.

Роль в здравоохранении

У людей S. aureus может присутствовать в верхних дыхательных путях, слизистой оболочке кишечника и на коже как часть нормальной микробиоты. Однако, поскольку S. aureus способен вызывать заболевания при определенных условиях, связанных с хозяином и окружающей средой, его характеризуют как "патобионт". В частности, S. aureus является одной из наиболее частых причин бактериемии и инфекционного эндокардита. Кроме того, он может вызывать различные инфекции кожи и мягких тканей.

S. aureus является значительной причиной хронических биопленочных инфекций на медицинских имплантатах, и репрессор токсинов играет роль в механизме развития инфекции. S. aureus может находиться в организме в латентном состоянии в течение многих лет, оставаясь необнаруженным. После появления симптомов носитель инфекции остается заразным еще в течение двух недель, а общая продолжительность заболевания составляет несколько недель. Однако при отсутствии лечения заболевание может привести к летальному исходу. Глубоко проникающие инфекции, вызванные S. aureus, могут быть тяжелыми.

Кожные инфекции

Кожные инфекции – наиболее распространенная форма инфекции, вызываемой S. aureus. Она может проявляться различными способами, включая небольшие доброкачественные фурункулы, фолликулит, импетиго, целлюлит и более тяжелые инвазивные инфекции мягких тканей. Чаще всего она встречается в областях с активным ростом, таких как подмышки, волосистая часть головы и кожа головы. Большие прыщи, появляющиеся в этих областях, могут усугубить инфекцию при расчесывании или повреждении. Это может привести к синдрому стафилококковой ошлушенной кожи, тяжелая форма которого наблюдается у новорожденных. Обнаружение S. aureus у людей с атопическим дерматитом не является показанием для назначения пероральных антибиотиков, поскольку доказательства не подтверждают их эффективность в данном случае. Однако, применение местных антибиотиков в сочетании с кортикостероидами способствует улучшению состояния. Колонизация S. aureus способствует развитию воспаления при атопическом дерматите.

Пищевое отравление

S. aureus также вызывает пищевые отравления, производя токсины непосредственно в пище, которые затем попадают в организм с пищей. Инкубационный период составляет от одного до шести часов, а само заболевание длится от 30 минут до 3 дней. Для предотвращения распространения инфекции рекомендуется тщательно мыть руки с мылом и водой перед приготовлением пищи. Центры по контролю и профилактике заболеваний рекомендуют воздерживаться от употребления пищи при плохом самочувствии и использовать перчатки при наличии открытых ран на руках или запястьях во время приготовления пищи. При хранении пищи более двух часов рекомендуется поддерживать температуру ниже 4,4 °C или выше 60 °C (ниже 40 °F или выше 140 °F).

Инфекции костей и суставов

S. aureus является частой причиной тяжелых костных и суставных инфекций, включая остеомиелит, септический артрит и инфекции, возникающие после операций по замене суставов.

Бактериемия

S. aureus является одной из основных причин инфекций кровотока во многих индустриально развитых странах мира. Инфекция обычно связана с повреждениями кожи или слизистых оболочек, вызванными хирургическим вмешательством, травмой или использованием внутрисосудистых устройств, таких как канюли, аппараты гемодиализа или гиподермические иглы. Биопленка S. aureus является основной причиной инфекций, связанных с ортопедическими имплантатами, но также обнаруживается на кардиоимплантатах, сосудистых протезах, различных катетерах и имплантатах, используемых в косметической хирургии. После имплантации поверхность этих устройств покрывается белками организма, которые создают благоприятную среду для прикрепления бактерий и формирования биопленки. После инфицирования устройство необходимо полностью удалить, поскольку биопленку S. aureus невозможно уничтожить антибиотиками. Обнаружен класс ферментов, способных разрушать матрикс биопленки, что позволяет использовать их в качестве агентов для рассеивания биопленки в сочетании с антибиотиками.

Инфекции животных

S. aureus может выживать на собаках, кошках и лошадях и вызывать хромую стопу у кур. Некоторые полагают, что собаки работников здравоохранения должны рассматриваться как значительный источник антибиотикорезистентного S. aureus, особенно во время вспышек. S. aureus является одним из возбудителей мастита у молочных коров. Его крупная полисахаридная капсула защищает бактерию от распознавания иммунной системой коровы.

Ферменты

S. aureus продуцирует различные ферменты, такие как коагуляза (связанная и свободная коагулязы), которая облегчает превращение фибриногена в фибрин, что приводит к образованию сгустков и играет важную роль при кожных инфекциях. Гиалуронидаза (также известная как фактор распространения) разрушает гиалуроновую кислоту и способствует распространению инфекции. Дезоксирибонуклеаза, расщепляющая ДНК, защищает S. aureus от уничтожения посредством нейтрофильных внеклеточных ловушек. S. aureus также производит липазу для переваривания липидов, стафилокиназу для растворения фибрина и облегчения распространения, и бета-лактамазу для устойчивости к лекарственным препаратам.

Малая РНК

Список малых РНК, участвующих в контроле бактериальной вирулентности *S. aureus*, постоянно расширяется. Это может быть обусловлено такими факторами, как усиленное образование биопленки при повышенном уровне этих малых РНК. К примеру, РНКIII, SprD, SprC, RsaE, SprA1, SSR42, ArtR, SprX и Teg49.

Ремонт ДНК

Нейтрофилы хозяина вызывают разрывы двойных нитей ДНК в *S. aureus* посредством продукции активных форм кислорода. Для успешной инфекции хозяина *S. aureus* должен выживать при таких повреждениях, вызванных защитными механизмами хозяина. Двухкомпонентный белковый комплекс RexAB, кодируемый *S. aureus*, используется в рекомбинационном восстановлении разрывов двойных нитей ДНК. Дальнейшее исследование мРНК *icaR* (мРНК, кодирующей репрессор основного эксполисахаридного компонента биоплёнки бактерий) показало, что связывание 3'-UTR с 5'-UTR может препятствовать формированию комплекса инициации трансляции и создавать двухцепочечный субстрат для RNase III. Взаимодействие происходит между мотивом UCCCCUG в 3'-UTR и регионом Shine-Dalgarno в 5'-UTR. Удаление этого мотива привело к накоплению репрессора IcaR и ингибированию развития биоплёнки.

Биопленка

Биопленки – это сообщества микроорганизмов, таких как бактерии, которые прикрепляются друг к другу и растут на влажных поверхностях. Биофильм S. aureus погружен в слизистый слой гликокаликса и может состоять из теихоевых кислот, белков хозяина, внеклеточной ДНК (eDNA) и иногда полисахаридного межклеточного антигена (PIA). Биофильмы S. aureus играют важную роль в патогенезе заболеваний, поскольку могут способствовать устойчивости к антибиотикам и избеганию иммунного ответа. Существует также гипотеза о том, что условия в матрице биофильма благоприятствуют формированию персистирующих клеток – покоящихся бактериальных клеток с высокой устойчивостью к антибиотикам. Эффективность антител хозяина против биофильма S. aureus снижена из-за неоднородного распределения антигенов, когда антиген может присутствовать в одних участках биофильма, но полностью отсутствовать в других.

Классическая диагностика

В зависимости от типа инфекции, отбирается соответствующий образец и отправляется в лабораторию для точной идентификации с использованием биохимических или ферментативных тестов. Первоначально проводится окраска по Граму для предварительной ориентации, которая должна выявить типичные грамположительные бактерии, кокки, расположенные группами. Далее, изолят культивируется на маннитовом солевом агаре – селективной среде с 7,5% NaCl, способствующей росту S. aureus и образованию жёлтых колоний в результате ферментации маннитола и последующего снижения pH среды. Для дифференциации на видовом уровне проводятся тесты на каталазу (положительная для всех видов Staphylococcus), коагулазу (образование фибринового сгустка, положительная для S. aureus), ДНКазу (зона просветления на агаре с ДНКазой), липазу (жёлтый цвет и прогорклый запах) и фосфатазу (розовый цвет). При стафилококковом пищевом отравлении может быть выполнена фаготипирование для определения, являлись ли стафилококки, выделенные из пищи, источником инфекции.

Быстрая диагностика и типизация

Диагностические микробиологические и референс-лаборатории играют ключевую роль в выявлении вспышек и новых штаммов S. aureus. Недавние генетические достижения позволили разработать надежные и быстрые методы идентификации и характеристики клинических изолятов S. aureus в реальном времени. Эти инструменты поддерживают стратегии контроля инфекций для ограничения распространения бактерий и обеспечения надлежащего использования антибиотиков. Количественная ПЦР все чаще используется для выявления вспышек инфекций. При изучении эволюции S. aureus и его способности адаптироваться к модифицированным антибиотикам применяются два основных метода, известные как "основанные на полосах" или "основанные на последовательностях". Учитывая эти два метода, другие методы, такие как мультилокусное секвенирование типов (MLST), импульсный гелевый электрофорез (PFGE), бактериофаговый типирование, типирование локуса spa и типирование SCCmec, часто используются чаще. С помощью этих методов можно определить происхождение и текущее местонахождение штаммов MRSA. В MLST этот метод типирования использует фрагменты нескольких генов домашнего хозяйства, известных как aroE, glpF, gmk, pta, tip и yqiL. Затем этим последовательностям присваивается номер, формирующий строку из нескольких чисел, служащую аллельным профилем. Хотя это распространенный метод, его ограничением является поддержание микромассива для обнаружения новых аллельных профилей, что делает эксперимент дорогостоящим и трудоемким. Однако его использование вызывает споры из-за высокого риска повреждения почек. Продолжительность лечения зависит от места инфекции и ее тяжести. Рифампицин в качестве дополнительной терапии исторически использовался при S. aureus бактериемии, но данные рандомизированных контролируемых исследований не показали его общей пользы по сравнению со стандартной антибиотикотерапией. Резистентность S. aureus к антибиотикам была редким явлением, когда пенициллин впервые был представлен в 1943 году. Фактически, на исходной чашке Петри, на которой Александр Флеминг из Имперского колледжа Лондона наблюдал антибактериальную активность гриба Penicillium, росла культура S. aureus. К 1950 году 40% больничных изолятов S. aureus были устойчивы к пенициллину; к 1960 году этот показатель вырос до 80%. Метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA, часто произносится как /mɜr/s/ə/ или /ɛ/m/ɑːr/ /ɛ/s/ /eɪ/) – один из многих опасных штаммов S. aureus, которые стали устойчивыми к большинству β-лактамных антибиотиков. По этой причине ванкомицин, гликопептидный антибиотик, обычно используется для борьбы с MRSA. Ванкомицин ингибирует синтез пептидогликана, но, в отличие от β-лактамных антибиотиков, гликопептидные антибиотики нацелены и связываются с аминокислотами в клеточной стенке, предотвращая образование поперечных связей пептидогликана. Штаммы MRSA чаще всего встречаются в учреждениях, таких как больницы, но все чаще встречаются при инфекциях, приобретенных в сообществе. Незначительные кожные инфекции можно лечить тройной антибиотической мазью. Одним из назначаемых местных средств является мупироцин, ингибитор синтеза белка, который естественным образом продуцируется Pseudomonas fluorescens и успешно используется для лечения носительства S. aureus в носу. Резистентность стафилококков к пенициллину обусловлена продукцией пенициллиназы (формы бета-лактамазы): фермента, который расщепляет β-лактамное кольцо молекулы пенициллина, делая антибиотик неэффективным. β-лактамные антибиотики, устойчивые к пенициллиназе, такие как метициллин, нафциллин, оксациллин, клоксациллин, диклоксациллин и флуклоксациллин, способны противостоять деградации стафилококковой пенициллиназой. Резистентность к метициллину опосредована оператором mec, частью стафилококковой кассеты хромосом mec (SCCmec). SCCmec представляет собой семейство подвижных генетических элементов, являющихся основной движущей силой эволюции S. aureus. Интересно, что одно исследование предполагает, что MRSA жертвует вирулентностью, например, продукцией токсинов и инвазивностью, ради выживания и создания биопленок. Аминогликозидные антибиотики, такие как канамицин, гентамицин и стрептомицин, когда-то были эффективны против стафилококковых инфекций, пока штаммы не разработали механизмы ингибирования действия аминогликозидов, что происходит посредством протонированных амино- и/или гидроксильных взаимодействий с рибосомальной РНК бактериальной 30S рибосомальной субъединицы. В настоящее время широко признаны три основных механизма аминогликозидной резистентности: ферменты, модифицирующие аминогликозиды, мутации рибосом и активный выброс препарата из бактерий. Ферменты, модифицирующие аминогликозиды, инактивируют аминогликозид, ковалентно присоединяя к амино- или алкогольной ключевой функциональной группе (или обеим группам) антибиотика либо фосфат, нуклеотид, либо ацетильную группу. Это изменяет заряд или стерически затрудняет связывание антибиотика с рибосомой, снижая его аффинность. У S. aureus наиболее хорошо изученным ферментом, модифицирующим аминогликозиды, является аминогликозидаденилатрансфераза 4' IA (ANT(4')IA). Структура этого фермента была определена с помощью рентгеновской кристаллографии. Фермент способен присоединять аденильную группу к 4'-гидроксильной группе многих аминогликозидов, включая канамицин и гентамицин. Резистентность к гликопептидам обычно опосредована приобретением гена vanA, который происходит из транспозона Tn1546, обнаруженного в плазмиде у энтерококков, и кодирует фермент, который производит альтернативный пептидогликан, к которому ванкомицин не связывается. Сегодня S. aureus стал устойчивым ко многим обычно используемым антибиотикам. В Великобритании только 2% всех изолятов S. aureus чувствительны к пенициллину, и аналогичная картина наблюдается во всем мире. β-лактамные пенициллины, устойчивые к пенициллиназе (метициллин, оксациллин, клоксациллин и флуклоксациллин), были разработаны для лечения S. aureus, устойчивого к пенициллину, и до сих пор используются в качестве терапии первой линии. Метициллин был первым антибиотиком этого класса, который был использован (он был представлен в 1959 году), но всего через два года был зарегистрирован первый случай метициллин-резистентного золотистого стафилококка (MRSA) в Англии. Несмотря на это, MRSA обычно оставался редкой находкой, даже в больничных условиях, до 1990-х годов, когда распространенность MRSA в больницах резко возросла, и он стал эндемичным. В настоящее время метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA) является не только патогеном для человека, вызывающим различные инфекции, такие как инфекции кожи и мягких тканей (SSTI), пневмония и сепсис, но он также может вызывать заболевания у животных, известные как MRSA, связанные с животноводством (LA MRSA). Инфекции MRSA как в больничных, так и в амбулаторных условиях обычно лечатся не-β-лактамными антибиотиками, такими как клиндамицин (линкозамид) и ко-тримоксазол (также известный как триметоприм/сульфаметоксазол). Резистентность к этим антибиотикам также привела к использованию новых антибиотиков широкого спектра действия против грамположительных бактерий, таких как линезолид, из-за его доступности в форме для перорального применения. Терапией первой линии при серьезных инвазивных инфекциях, вызванных MRSA, в настоящее время являются гликопептидные антибиотики (ванкомицин и тейкопланин). Существует ряд проблем, связанных с этими антибиотиками, таких как необходимость внутривенного введения (отсутствует пероральная форма), токсичность и необходимость регулярного мониторинга уровня препарата с помощью анализов крови. Кроме того, гликопептидные антибиотики плохо проникают в инфицированные ткани (это особенно важно при инфекциях мозга и мозговых оболочек, а также при эндокардите). Гликопептиды не следует использовать для лечения метициллин-чувствительного S. aureus (MSSA), поскольку результаты лечения хуже. Из-за высокого уровня резистентности к пенициллинам и из-за потенциала MRSA к развитию резистентности к ванкомицину Центры по контролю и профилактике заболеваний США опубликовали рекомендации по надлежащему использованию ванкомицина. В ситуациях, когда известно, что заболеваемость инфекциями MRSA высока, лечащий врач может выбрать использование гликопептидного антибиотика до тех пор, пока не будет установлена личность инфекционного организма. После подтверждения того, что инфекция вызвана штаммом S. aureus, чувствительным к метициллину, лечение может…

Diagnostic microbiology laboratories and reference laboratories are key for identifying outbreaks and new strains of S. aureus. Recent genetic advances have enabled reliable and rapid techniques for the identification and characterization of clinical isolates of S. aureus in real time. These tools support infection control strategies to limit bacterial spread and ensure the appropriate use of antibiotics. Quantitative PCR is increasingly being used to identify outbreaks of infection. When observing the evolvement of S. aureus and its ability to adapt to each modified antibiotic, two basic methods known as "band based" or "sequence based" are employed. Keeping these two methods in mind, other methods such as multilocus sequence typing (MLST), pulsed field gel electrophoresis (PFGE), bacteriophage typing, spa locus typing, and SCCmec typing are often conducted more than others. With these methods, it can be determined where strains of MRSA originated and also where they are currently. With MLST, this technique of typing uses fragments of several housekeeping genes known as aroE, glpF, gmk, pta, tip, and yqiL. These sequences are then assigned a number which give to a string of several numbers that serve as the allelic profile. Although this is a common method, a limitation about this method is the maintenance of the microarray which detects newly allelic profiles, making it a costly and time consuming experiment. but its use is controversial because of the high risk of damage to the kidneys. The duration of treatment depends on the site of infection and on severity. Adjunctive rifampicin has been historically used in the management of S aureus bacteraemia, but randomised controlled trial evidence has shown this to be of no overall benefit over standard antibiotic therapy. Antibiotic resistance in S. aureus was uncommon when penicillin was first introduced in 1943. Indeed, the original Petri dish on which Alexander Fleming of Imperial College London observed the antibacterial activity of the Penicillium fungus was growing a culture of S. aureus. By 1950, 40% of hospital S. aureus isolates were penicillin resistant; by 1960, this had risen to 80%. Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA, often pronounced '/m//ɜr//s//ə/ or /ɛ//m// //ɑːr// //ɛ//s// //eɪ/), is one of a number of greatly feared strains of S. aureus which have become resistant to most β lactam antibiotics. For this reason, vancomycin, a glycopeptide antibiotic, is commonly used to combat MRSA. Vancomycin inhibits the synthesis of peptidoglycan, but unlike β lactam antibiotics, glycopeptide antibiotics target and bind to amino acids in the cell wall, preventing peptidoglycan cross linkages from forming. MRSA strains are most often found associated with institutions such as hospitals, but are becoming increasingly prevalent in community acquired infections. Minor skin infections can be treated with triple antibiotic ointment. One topical agent that is prescribed is mupirocin, a protein synthesis inhibitor that is produced naturally by Pseudomonas fluorescens and has seen success for treatment of S. aureus nasal carriage. Staphylococcal resistance to penicillin is mediated by penicillinase (a form of beta lactamase) production: an enzyme that cleaves the β lactam ring of the penicillin molecule, rendering the antibiotic ineffective. Penicillinase resistant β lactam antibiotics, such as methicillin, nafcillin, oxacillin, cloxacillin, dicloxacillin, and flucloxacillin are able to resist degradation by staphylococcal penicillinase. Resistance to methicillin is mediated via the mec operon, part of the staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec). SCCmec is a family of mobile genetic elements, which is a major driving force of S. aureus evolution. Interestingly, one study suggests that MRSA sacrifices virulence, for example, toxin production and invasiveness, for survival and creation of biofilms

Aminoglycoside antibiotics, such as kanamycin, gentamicin, streptomycin, were once effective against staphylococcal infections until strains evolved mechanisms to inhibit the aminoglycosides' action, which occurs via protonated amine and/or hydroxyl interactions with the ribosomal RNA of the bacterial 30S ribosomal subunit. Three main mechanisms of aminoglycoside resistance mechanisms are currently and widely accepted: aminoglycoside modifying enzymes, ribosomal mutations, and active efflux of the drug out of the bacteria. Aminoglycoside modifying enzymes inactivate the aminoglycoside by covalently attaching either a phosphate, nucleotide, or acetyl moiety to either the amine or the alcohol key functional group (or both groups) of the antibiotic. This changes the charge or sterically hinders the antibiotic, decreasing its ribosomal binding affinity. In S. aureus, the best characterized aminoglycoside modifying enzyme is aminoglycoside adenylyltransferase 4' IA (ANT(4')IA). This enzyme has been solved by X ray crystallography. The enzyme is able to attach an adenyl moiety to the 4' hydroxyl group of many aminoglycosides, including kanamycin and gentamicin. Glycopeptide resistance is typically mediated by acquisition of the vanA gene, which originates from the Tn1546 transposon found in a plasmid in enterococci and codes for an enzyme that produces an alternative peptidoglycan to which vancomycin will not bind. Today, S. aureus has become resistant to many commonly used antibiotics. In the UK, only 2% of all S. aureus isolates are sensitive to penicillin, with a similar picture in the rest of the world. The β lactamase resistant penicillins (methicillin, oxacillin, cloxacillin, and flucloxacillin) were developed to treat penicillin resistant S. aureus, and are still used as first line treatment. Methicillin was the first antibiotic in this class to be used (it was introduced in 1959), but only two years later, the first case of methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) was reported in England. Despite this, MRSA generally remained an uncommon finding, even in hospital settings, until the 1990s, when the MRSA prevalence in hospitals exploded, and it is now endemic. Now, methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is not only a human pathogen causing a variety of infections, such as skin and soft tissue infection (SSTI), pneumonia, and sepsis, but it also can cause disease in animals, known as livestock associated MRSA (LA MRSA). MRSA infections in both the hospital and community setting are commonly treated with non β lactam antibiotics, such as clindamycin (a lincosamine) and co trimoxazole (also commonly known as trimethoprim/sulfamethoxazole). Resistance to these antibiotics has also led to the use of new, broad spectrum anti Gram positive antibiotics, such as linezolid, because of its availability as an oral drug. First line treatment for serious invasive infections due to MRSA is currently glycopeptide antibiotics (vancomycin and teicoplanin). A number of problems with these antibiotics occur, such as the need for intravenous administration (no oral preparation is available), toxicity, and the need to monitor drug levels regularly by blood tests. Also, glycopeptide antibiotics do not penetrate very well into infected tissues (this is a particular concern with infections of the brain and meninges and in endocarditis). Glycopeptides must not be used to treat methicillin sensitive S. aureus (MSSA), as outcomes are inferior. Because of the high level of resistance to penicillins and because of the potential for MRSA to develop resistance to vancomycin, the U. S. Centers for Disease Control and Prevention has published guidelines for the appropriate use of vancomycin. In situations where the incidence of MRSA infections is known to be high, the attending physician may choose to use a glycopeptide antibiotic until the identity of the infecting organism is known. After the infection is confirmed to be due to a methicillin susceptible strain of S. aureus, treatment can be changed to flucloxacillin or even penicillin, as appropriate. Vancomycin resistant S. aureus (VRSA) is a strain of S. aureus that has become resistant to the glycopeptides. The first case of vancomycin intermediate S. aureus (VISA) was reported in Japan in 1996; but the first case of S. aureus truly resistant to glycopeptide antibiotics was only reported in 2002. Three cases of VRSA infection had been reported in the United States as of 2005. At least in part the antimicrobial resistance in S. aureus can be explained by its ability to adapt. Multiple two component signal transduction pathways helps S. aureus to express genes that are required to survive under antimicrobial stress.

Насосы для выброса

Среди различных механизмов, которые MRSA использует для приобретения устойчивости к антибиотикам (например, инактивация препарата, изменение мишени, снижение проницаемости), также наблюдается переэкспрессия эффлюксных насосов. Эффлюксные насосы – это белки, встроенные в мембрану, которые физиологически необходимы клетке для выведения ксенобиотических соединений. Они разделены на шесть семейств, каждое из которых имеет различную структуру, функцию и способ транспорта энергии. Основными эффлюксными насосами *S. aureus* являются MFS (Major Facilitator Superfamily), включающая насос MdeA, а также насос NorA и MATE (Multidrug and Toxin Extrusion), к которому относится насос MepA. Для транспорта эти семейства используют электрохимический потенциал и градиент концентрации ионов, в то время как семейство АТФ-связывающих кассет (ABC) получает энергию от гидролиза АТФ. Эти насосы переэкпрессируются у MDR *S. aureus* (мультирезистентного *S. aureus*), что приводит к избыточному выведению антибиотика из клетки и снижению его эффективности. Эффлюксные насосы также значительно способствуют формированию непроницаемых биопленок. Путем непосредственной модуляции активности эффлюксных насосов или снижения их экспрессии возможно изменить резистентный фенотип и восстановить эффективность существующих антибиотиков.

Перевозка

Около 33% населения США являются носителями S. aureus и примерно 2% – носителями MRSA. Даже медицинские работники могут быть колонизированы MRSA. Носительство S. aureus является важным источником внутрибольничных (также называемых нозокомиальных) инфекций и MRSA, приобретенного в обществе. Хотя S. aureus может присутствовать на коже носителя, большая часть его распространения происходит через передние отделы носовых ходов. Способность носовых ходов поддерживать носительство S. aureus обусловлена сочетанием ослабленного или дефектного иммунитета хозяина и способности бактерии избегать врожденного иммунитета хозяина. Носительство в носу также связано с возникновением стафилококковых инфекций.

Контроль за инфекцией

Распространение S. aureus (включая MRSA) обычно происходит при контакте от человека к человеку, хотя в последнее время некоторые ветеринары обнаружили, что инфекция может распространяться через домашних животных, при этом загрязнение окружающей среды играет относительно меньшую роль. Поэтому акцент на основных техниках мытья рук эффективен для предотвращения ее передачи. Использование одноразовых халатов и перчаток персоналом снижает контакт кожа к коже, что дополнительно уменьшает риск передачи. В последнее время в больницах по всей Америке зарегистрировано множество случаев S. aureus. Передача патогена облегчается в медицинских учреждениях, где гигиена медицинских работников недостаточна. S. aureus – чрезвычайно устойчивая бактерия, что было показано в исследовании, где она выжила на полиэстере почти три месяца; полиэстер является основным материалом, используемым для больничных перегородок. Бактерии переносятся на руках медицинских работников, которые могут подхватить их от, казалось бы, здорового пациента, являющегося носителем доброкачественного или комменсального штамма S. aureus, а затем передать следующему пациенту. Попадание бактерий в кровоток может привести к различным осложнениям, включая эндокардит, менингит и, при широком распространении, сепсис. Этанол доказал свою эффективность в качестве местного антисептика против MRSA. Четвертичный аммоний можно использовать в сочетании с этанолом для увеличения продолжительности антисептического действия. Профилактика внутрибольничных инфекций включает в себя регулярную и заключительную дезинфекцию. Невоспламеняющиеся пары спирта в системах НАВ имеют преимущество, поскольку они не повреждают металлы или пластмассы, используемые в медицинских учреждениях, и не способствуют развитию антибактериальной устойчивости. Важным и ранее не выявленным фактором колонизации и передачи MRSA, связанной с обществом, является половой контакт. S. aureus погибает через одну минуту при 78 °C и через десять минут при 64 °C, но устойчива к замораживанию. Некоторые штаммы S. aureus оказались устойчивыми к хлорной дезинфекции. Использование мази мупироцина может снизить частоту инфекций, связанных с носительством S. aureus в носу. Существуют ограниченные доказательства того, что деконтаминация носа от S. aureus с помощью антибиотиков или антисептиков может снизить частоту послеоперационных инфекций. Наиболее распространенные бактерии в каждой отрасли Промышленность общественного питанияVibrio parahaemolyticus, S. aureus, Bacillus cereusМедицинская промышленностьEscherichia coli, S. aureus, Pseudomonas aeruginosa

Spread of S. aureus (including MRSA) generally is through human to human contact, although recently some veterinarians have discovered the infection can be spread through pets, with environmental contamination thought to play a relatively less important part. Emphasis on basic hand washing techniques are, therefore, effective in preventing its transmission. The use of disposable aprons and gloves by staff reduces skin to skin contact, so further reduces the risk of transmission. Recently, myriad cases of S. aureus have been reported in hospitals across America. Transmission of the pathogen is facilitated in medical settings where healthcare worker hygiene is insufficient. S. aureus is an incredibly hardy bacterium, as was shown in a study where it survived on polyester for just under three months; polyester is the main material used in hospital privacy curtains. The bacteria are transported on the hands of healthcare workers, who may pick them up from a seemingly healthy patient carrying a benign or commensal strain of S. aureus, and then pass it on to the next patient being treated. Introduction of the bacteria into the bloodstream can lead to various complications, including endocarditis, meningitis, and, if it is widespread, sepsis. Ethanol has proven to be an effective topical sanitizer against MRSA. Quaternary ammonium can be used in conjunction with ethanol to increase the duration of the sanitizing action. The prevention of nosocomial infections involves routine and terminal cleaning. Nonflammable alcohol vapor in link=carbon dioxideCO2 NAV systems have an advantage, as they do not attack metals or plastics used in medical environments, and do not contribute to antibacterial resistance. An important and previously unrecognized means of community associated MRSA colonization and transmission is during sexual contact. S. aureus is killed in one minute at 78 °C and in ten minutes at 64 °C but is resistant to freezing. Certain strains of S. aureus have been described as being resistant to chlorine disinfection. The use of mupirocin ointment can reduce the rate of infections due to nasal carriage of S. aureus. There is limited evidence that nasal decontamination of S. aureus using antibiotics or antiseptics can reduce the rates of surgical site infections. Top common bacterium in each industryCatering industryVibrio parahaemolyticus, S. aureus, Bacillus cereusMedical industryEscherichia coli, S. aureus, Pseudomonas aeruginosa

Исследования

По состоянию на 2021 год одобренной вакцины против S. aureus не существует. Ранние клинические испытания были проведены для нескольких вакцин-кандидатов, таких как StaphVax и PentaStaph компании Nabi, V710 компаний Intercell / Merck, SA75 компании VRi и других. В то время как некоторые из этих вакцин-кандидатов продемонстрировали иммунный ответ, другие усугубляли инфекцию, вызванную S. aureus. На сегодняшний день ни один из этих кандидатов не обеспечивает защиту от инфекции S. aureus. Разработка StaphVax компании Nabi была остановлена в 2005 году после неудачи испытаний III фазы. Первый вариант вакцины V710 компании Intercell был прекращен на стадии II/III фазы после того, как у пациентов, у которых развилась инфекция S. aureus, наблюдалась более высокая смертность и заболеваемость. Улучшенный кандидат на вакцину против S. aureus компании Nabi, PentaStaph, был продан в 2011 году компании GlaxoSmithKline Biologicals S. A. Текущий статус PentaStaph остается неясным. В документе ВОЗ указано, что PentaStaph не прошла испытания III фазы. В 2010 году компания GlaxoSmithKline начала слепое исследование I фазы для оценки своей вакцины GSK2392103A. По состоянию на 2016 год разработка этой вакцины была прекращена. Вакцина SA4Ag компании Pfizer, содержащая четыре антигена против S. aureus, получила статус ускоренного рассмотрения от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) в феврале 2014 года. В 2015 году компания Pfizer начала клиническое испытание IIb фазы вакцины SA4Ag. Результаты I фазы, опубликованные в феврале 2017 года, показали высокую и безопасную иммуногенность SA4Ag. Клинические испытания вакцины продолжались до июня 2019 года, а результаты, опубликованные в сентябре 2020 года, не продемонстрировали значительного снижения риска послеоперационной бактериемии после хирургического вмешательства. Помимо разработки вакцин, ведутся исследования по разработке альтернативных методов лечения, эффективных против штаммов, устойчивых к антибиотикам, включая MRSA. Примерами альтернативных методов лечения являются фаготерапия, антимикробные пептиды и терапия, направленная на организм хозяина.

Стандартные штаммы

В исследованиях и лабораторных испытаниях используется ряд стандартных штаммов S. aureus (так называемых "типных культур"), таких как:

+ Стандартные штаммы Staphylococcus aureus Название NCTC ATCC Год внесения Комментарий Оксфорд H 6571 9144 1943 Стандартный штамм, используемый для определения активности пенициллина и на основе которого первоначально была определена единица пенициллина. Rosenbach 12973 29213 1884 Стандартный штамм для тестирования антимикробной чувствительности согласно рекомендациям EUCAST.