Стафилококк эпидермидис: характеристика и роль в микробиоте человека.

Введение

Вид бактерии

Staphylococcus epidermidis – грамположительная бактерия, один из более чем 40 видов, относящихся к роду Staphylococcus. Она является частью нормальной микробиоты человека, как правило – микробиоты кожи, реже – микробиоты слизистых оболочек, и также встречается в морских губках. S. epidermidis представляет особую опасность для людей с катетерами или другими хирургическими имплантатами, поскольку известно, что она образует биопленки, которые растут на этих устройствах. Являясь частью нормальной микробиоты кожи, S. epidermidis часто обнаруживается как контаминант в образцах, направляемых в диагностическую лабораторию. Некоторые штаммы S. epidermidis обладают высокой солеустойчивостью и часто встречаются в морской среде. S. I. Paul et al. (2021)

Этимология

"Стафилококк" – гроздь, напоминающая ягоды винограда, "эпидермидис" – относящийся к эпидермису.

Открытие

Фридрих Юлиус Розенбах разграничил S. epidermidis и S. aureus в 1884 году, первоначально назвав S. epidermidis как S. albus. Он использовал названия aureus и albus, так как бактерии формировали жёлтые и белые колонии соответственно.

Микробиология

Staphylococcus epidermidis – очень выносливый микроорганизм, состоящий из неподвижных, грамположительных кокков, расположенных в виде виноградных гроздей. После ночной инкубации он образует белые, выпуклые, плотные колонии диаметром около 1–2 мм и не проявляет гемолитическую активность на кровяном агаре. Это коагулазоотрицательный факультативный анаэроб, способный расти как при аэробном дыхании, так и путем ферментации. Некоторые штаммы могут не ферментировать. Биохимические тесты показывают, что этот микроорганизм также дает слабоположительную реакцию в тесте на нитратредуктазу. Он положителен по уреазе, отрицателен по оксидазе и способен использовать глюкозу, сахарозу и лактозу для образования кислотных продуктов. В присутствии лактозы он также выделяет газ. Непатогенный S. epidermidis, в отличие от патогенного S. aureus, не обладает ферментом желатиназой, поэтому не гидролизует желатин. Он чувствителен к новобиоцину, что является важным тестом для его отличия от Staphylococcus saprophyticus, который также коагулазоотрицательный, но устойчив к новобиоцину. Обычно чувствительность к десферриоксамину также может быть использована для его отличия от большинства других стафилококков, за исключением Staphylococcus hominis, который также чувствителен. В этом случае способность S. hominis образовывать кислоту из трегалозы может быть использована для дифференциации этих двух видов.

Роль в запахе ног

Распространенное заблуждение относительно запаха ног и запаха тела в целом заключается в том, что сам пот имеет запах и вызывает неприятный запах у людей. Однако, сам по себе пот практически не имеет запаха. Скорее, микробы, присутствующие на коже, метаболизируют определенные соединения в поте в качестве источника питательных веществ, в процессе чего образуются соединения с неприятным запахом. S. epidermidis хорошо размножается в теплых, влажных средах и является распространенной бактерией в микробиоме человека; таким образом, она в основном ответственна за запах ног, поскольку на стопах больше потовых желез, чем на любой другой части тела, и поэтому они часто влажные, что создает идеальную среду для размножения S. epidermidis. Бактерии производят ферменты, которые расщепляют лейцин, присутствующий в поте, образуя неприятно пахнущие летучие соединения, такие как изовалериановая кислота. Стопы с более сильным запахом имеют более высокую плотность микроорганизмов, чем стопы с менее выраженным запахом. Это чаще всего происходит на внутривенных катетерах и медицинских протезах. Инфекция также может возникать у пациентов, находящихся на диализе, или у любого, у кого есть имплантированное пластиковое устройство, которое могло быть контаминировано. Она также вызывает эндокардит, чаще всего у пациентов с пороками сердечных клапанов. В некоторых других случаях сепсис может развиться у госпитализированных пациентов. Способность формировать биопленки на пластиковых устройствах является важным фактором вирулентности S. epidermidis. Одна из вероятных причин – поверхностные белки, связывающие кровь и белки внеклеточного матрикса. Она производит внеклеточный материал, известный как полисахаридный межклеточный адгезин (ПИА), состоящий из сульфатированных полисахаридов. Он позволяет другим бактериям прикрепляться к уже существующей биопленке, создавая многослойную биопленку. Такие биопленки снижают метаболическую активность бактерий внутри них. Это снижение метаболизма в сочетании с нарушением диффузии антибиотиков затрудняет эффективную элиминацию этого типа инфекции антибиотиками. Staphylococcus epidermidis в норме на здоровой коже не является патогенным. Однако при аномальных поражениях он становится патогенным, вероятно, при акне вульгарной. Staphylococcus epidermidis проникает в сальные железы (колонизированные Propionibacterium acnes, основной бактерией, вызывающей акне вульгарное) и повреждает волосяные фолликулы, производя липолитические ферменты, которые изменяют консистенцию кожного сала с фракционной на плотную (густую), что приводит к воспалительному эффекту. Более того, образование биопленки S. epidermidis путем высвобождения экзополисахаридного межклеточного адгезина (ПИА) создает восприимчивую анаэробную среду для колонизации P. acnes и защищает ее от молекул врожденного иммунитета человека. Как P. acnes, так и S. epidermidis могут взаимодействовать для защиты здоровья кожи хозяина от колонизации патогенами. Но в случае конкуренции они используют один и тот же источник углерода (т.е. глицерин) для производства короткоцепочечных жирных кислот, которые действуют как антибактериальные агенты друг против друга. Кроме того, S. epidermidis способствует гомеостазу кожи и снижает патогенное воспаление, вызванное P. acnes, за счет уменьшения продукции белка TLR2, который индуцирует воспаление кожи.

A common misconception about foot odor and body odor in general is that sweat itself smells and causes people to smell. However, sweat itself is almost entirely odorless. Rather, microbes present on the skin metabolize certain compounds in sweat as a source of nutrients, producing compounds with an unpleasant smell in the process. S. epidermidis thrives in warm, moist environments and is a common bacteria of the human microbiome; it is thus primarily responsible for foot odor as feet have more sweat glands than any other part of the body and thus are often moist, which creates an ideal environment for S. epidermidis to thrive. The bacteria produces enzymes that degrade the leucine present in sweat, producing unpleasant smelling volatile compounds such as isovaleric acid. Feet with stronger odors have a higher density of microorganisms than those with weaker foot odor. This occurs most commonly on intravenous catheters and on medical prostheses. Infection can also occur in dialysis patients or anyone with an implanted plastic device that may have been contaminated. It also causes endocarditis, most often in patients with defective heart valves. In some other cases, sepsis can occur in hospital patients. The ability to form biofilms on plastic devices is a major virulence factor for S. epidermidis. One probable cause is surface proteins that bind blood and extracellular matrix proteins. It produces an extracellular material known as polysaccharide intercellular adhesin (PIA), which is made up of sulfated polysaccharides. It allows other bacteria to bind to the already existing biofilm, creating a multilayer biofilm. Such biofilms decrease the metabolic activity of bacteria within them. This decreased metabolism, in combination with impaired diffusion of antibiotics, makes it difficult for antibiotics to effectively clear this type of infection. Staphylococcus epidermidis in the normal skin is nonpathogenic. But in abnormal lesions, it becomes pathogenic, likely in acne vulgaris. Staphylococcus epidermidis enters the sebaceous gland (colonized by Propionibacterium acnes, the main bacterium that causes acne vulgaris) and damages the hair follicles by producing lipolytic enzymes that change the sebum from fraction to dense (thick) form leading to inflammatory effect. Moreover, S. epidermidis biofilm formation by releasing the exopolysaccharide intercellular adhesion (PIA) provides the susceptible anaerobic environment to P. acnes colonisation and protects it from the innate human immunity molecules. Both P. acnes and S. epidermidis can interact to protect the host skin health from pathogens colonisation. But in the case of competition, they use the same carbon source (i. e. glycerol) to produce short chain fatty acids which act as antibacterial agent against each other. Also, S. epidermidis helps in skin homeostasis and reduces the P. acnes pathogenic inflammation by decreasing the TLR2 protein production that induces the skin inflammation.

Укрепление кожи

Также было показано, что комменсальный S. epidermidis способствует поддержанию гомеостаза кожного барьера посредством выработки защитных керамидов, что помогает сохранять его целостность. Взаимодействуя с инфекционными агентами, такими как патогены, кожные комменсалы модулируют влажную внутреннюю оболочку некоторых органов и полостей тела, а также их специфические механизмы иммунной защиты. Основным фактором, стимулирующим выработку керамидов S. epidermidis, является сфингомиелинфосфодиэстераза – липид, содержащий сфингозин и сфингозин-1-фосфат. Этот липид обеспечивает бактерии необходимыми питательными веществами и одновременно помогает организму в производстве керамидов. Керамиды являются важными компонентами эпителиального барьера и играют ключевую роль в предотвращении потери влаги кожей, выступая в качестве защиты от обезвоживания и старения.

Метаболическое взаимодействие

S. epidermidis играет ключевую роль в метаболических процессах, влияющих на состояние кожи. Эта бактерия способна воздействовать на биохимические пути в клетках кожи, что может сказываться на ее здоровье и развитии заболеваний. В частности, это проявляется в модуляции арильного углеводородного рецептора. На неатопичной коже S. epidermidis способствует передаче сигнала об активации пути арильного углеводородного рецептора, что усиливает барьерную функцию кожи и помогает снизить воспаление. В то время как на атопичной коже обычно наблюдается обратный эффект: бактерия блокирует этот путь и, возможно, усугубляет кожные проблемы.

Иммунный ответ

Комменсальная S. epidermidis также влияет на иммунный ответ кожи. Взаимодействуя с иммунными клетками хозяина, она усиливает мукозный иммунный ответ кожи против различных патогенов. Этот кожный комменсал напрямую подавляет активность вредных патогенов. В случае S. aureus, S. epidermidis может усиливать врожденный иммунный ответ, вызывая реакцию кератиноцитов на этот патоген. S. epidermidis производит такие молекулы, как липотейхоевая кислота (LTA), полисахариды клеточной стенки, пептидогликан и альдегидные дипептиды, которые распознаются Toll-подобными рецепторами (TLR) как молекулы, модулирующие иммунный ответ. Эти иммуномодулирующие молекулы устанавливают взаимосвязь между бактериями и кератиноцитами и оказывают значительное влияние на модуляцию врожденного иммунного ответа, главным образом благодаря их взаимодействию с TLR.