Шигелла Флекснера: характеристика, серотипы и история изучения.
Shigella flexneri
Шигелла Флекснера: бактерия, вызывающая диарею у людей. Симптомы, лечение антибиотиками, устойчивость к препаратам и отличие от E. coli. Информация о Shiga и Flexner.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Вид бактерии
Species of bacterium
Shigella flexneri – это вид грамотрицательных бактерий рода Shigella, способный вызывать диарею у человека. Описано несколько различных серогрупп Shigella; S. flexneri относится к группе B. Инфекции, вызванные S. flexneri, обычно поддаются лечению антибиотиками, хотя некоторые штаммы приобрели устойчивость. Менее тяжелые случаи обычно не лечат, поскольку это может привести к развитию устойчивости в будущем. Шигелла тесно связана с Escherichia coli, но отличается от E. coli по патогенности, физиологическим характеристикам (неспособностью ферментировать лактозу или декарбоксилировать лизин) и серологическим свойствам.
Shigella flexneri is a species of Gram negative bacteria in the genus Shigella that can cause diarrhea in humans. Several different serogroups of Shigella are described; S. flexneri belongs to group B. S. flexneri infections can usually be treated with antibiotics, although some strains have become resistant. Less severe cases are not usually treated because they become more resistant in the future. Shigella are closely related to Escherichia coli, but can be differentiated from E. coli based on pathogenicity, physiology (failure to ferment lactose or decarboxylate lysine) and serology.
Открытие
Вид был назван в честь американского врача Саймона Флекснера; род Shigella назван в честь японского врача Киёси Шиги, который исследовал причину дизентерии. Шига поступил в Медицинскую школу Токийского Императорского Университета в 1892 году, где посетил лекцию доктора Шибасабуро Китасато. Шига был впечатлен интеллектом и уверенностью доктора Китасато, поэтому после окончания университета он стал работать у него в качестве научного сотрудника в Институте инфекционных заболеваний. В 1897 году Шига сосредоточил свои усилия на вспышке заболевания, которое японцы называли "Секири" (дизентерия). Эти эпидемии наносили вред японскому народу и часто возникали в конце XIX века. Эпидемия Секири 1897 года затронула более 91 000 человек, с уровнем смертности более 20%. Шига изучил 32 пациента с дизентерией и, используя постулаты Коха, успешно изолировал и идентифицировал бактерию, вызывающую это заболевание. Он продолжил изучать и характеризовать бактерию, выявив механизмы производства ею токсинов, в частности, токсин Шига, и неустанно работал над созданием вакцины против болезни.
The species was named after the American physician Simon Flexner; the genus Shigella is named after Japanese physician Kiyoshi Shiga, who researched the cause of dysentery. Shiga entered the Tokyo Imperial University School of Medicine in 1892, during which he attended a lecture by Dr. Shibasaburo Kitasato. Shiga was impressed by Dr. Kitasato's intellect and confidence, so after graduating, he went to work for him as a research assistant at Institute for Infectious Diseases. In 1897, Shiga focused his efforts on what the Japanese referred to as a "Sekiri" (dysentery) outbreak. These epidemics were detrimental to the Japanese people and occurred often in the late 19th century. The 1897 sekiri epidemic affected >91,000, with a mortality rate of >20%. Shiga studied 32 dysentery patients and used Koch's Postulates to successfully isolate and identify the bacterium causing the disease. He continued to study and characterize the bacterium, identifying its methods of toxin production i. e. Shiga Toxin, and worked tirelessly to create a vaccine for the disease.
Морфология
Shigella flexneri – это палочковидная, нефлагеллярная бактерия, использующая актин-зависимую подвижность. Она производит белок актин быстро и непрерывно для продвижения вперед внутри и между клетками хозяина. Эта бактерия является грамотрицательной, не образует спор и относится к шигеллам серогруппы B. В этой серогруппе существует 6 серотипов. В настоящее время доступны молекулярно-генетические методы серотипирования на основе ПЦР, нацеленные на гены wzx1 5 (все, кроме серотипа 6) и gtr или wzx6 (только серотип 6).
Shigella flexneri is a rod shaped, nonflagellar bacterium that relies on actin based motility. It produces the protein actin in a swift and continuous fashion to propel itself forward within and between the host's cells. This bacterium is gram negative, non spore forming Shigella from serogroup B. There are 6 serotypes within this serogroup. PCR based molecular serotyping technique are now available targeting wzx1 5 (All except serotype 6) and gtr genes or wzx6 (Only serotype 6). Serotype Previously designated name Type antigen specific antisera (MASF) MASF Group antigen specific antisera (MASF) I II IV 2 V VI Ic B Y 5 6 7,8 IV I S. flexneri 1a 1a + + + S. flexneri 1b 1b + + + S. flexneri 1d 1d + + + S. flexneri 2a 2a + + + S. flexneri 2b 2b + + + S. flexneri 3a 3a + + + S. flexneri 3b 3b + + S. flexneri 4a 4a + + + S. flexneri 4b 4b + + + S. flexneri 4c 4c + + + S. flexneri 4d type4 + + + S. flexneri 4e 4a, 4av + + + + S. flexneri 5a 5a + + + S. flexneri 5b 5b + + + S. flexneri 6a type 6 + + S. flexneri 6b type 6 + + + S. flexneri 7a 1c + + S. flexneri 7b 1c+6 + + + S. flexneri Xa X + + S. flexneri Xb Xv + + + S. flexneri Ya Y + + S. flexneri Yb Yv + + + S. flexneri Z 4X, 4s + +
Серотип | Ранее использовавшееся название | Тип-специфическое антисывороточное антитело (MASF) | Групповое антисывороточное антитело (MASF)
---|---|---|---
I | | II |
II | | IV |
IV | 2 | |
V | | |
VI | Ic | |
B | Y | |
5 | | |
6 | | |
7,8 | | IV |
I | | |
S. flexneri 1a | 1a | + | + +
S. flexneri 1b | 1b | + | + +
S. flexneri 1d | 1d | + | + +
S. flexneri 2a | 2a | + | + +
S. flexneri 2b | 2b | + | + +
S. flexneri 3a | 3a | + | + +
S. flexneri 3b | 3b | + | +
S. flexneri 4a | 4a | + | + +
S. flexneri 4b | 4b | + | + +
S. flexneri 4c | 4c | + | +
S. flexneri 4d | type4 | + | + +
S. flexneri 4e | 4a, 4av | + | + +
S. flexneri 5a | 5a | + | + +
S. flexneri 5b | 5b | + | + +
S. flexneri 6a | type 6 | + | +
S. flexneri 6b | type 6 | + | + +
S. flexneri 7a | 1c | + | +
S. flexneri 7b | 1c+6 | + | + +
S. flexneri Xa | X | + | +
S. flexneri Xb | Xv | + | + +
S. flexneri Ya | Y | + | +
S. flexneri Yb | Yv | + | + +
S. flexneri Z | 4X, 4s | + | +
Shigella flexneri is a rod shaped, nonflagellar bacterium that relies on actin based motility. It produces the protein actin in a swift and continuous fashion to propel itself forward within and between the host's cells. This bacterium is gram negative, non spore forming Shigella from serogroup B. There are 6 serotypes within this serogroup. PCR based molecular serotyping technique are now available targeting wzx1 5 (All except serotype 6) and gtr genes or wzx6 (Only serotype 6). Serotype Previously designated name Type antigen specific antisera (MASF) MASF Group antigen specific antisera (MASF) I II IV 2 V VI Ic B Y 5 6 7,8 IV I S. flexneri 1a 1a + + + S. flexneri 1b 1b + + + S. flexneri 1d 1d + + + S. flexneri 2a 2a + + + S. flexneri 2b 2b + + + S. flexneri 3a 3a + + + S. flexneri 3b 3b + + S. flexneri 4a 4a + + + S. flexneri 4b 4b + + + S. flexneri 4c 4c + + + S. flexneri 4d type4 + + + S. flexneri 4e 4a, 4av + + + + S. flexneri 5a 5a + + + S. flexneri 5b 5b + + + S. flexneri 6a type 6 + + S. flexneri 6b type 6 + + + S. flexneri 7a 1c + + S. flexneri 7b 1c+6 + + + S. flexneri Xa X + + S. flexneri Xb Xv + + + S. flexneri Ya Y + + S. flexneri Yb Yv + + + S. flexneri Z 4X, 4s + +
Вторжение
Shigella flexneri – это внутриклеточная бактерия, инфицирующая эпителиальный слой кишечного тракта млекопитающих. Эта бактерия устойчива к кислой среде и способна выживать при pH 2. Таким образом, она может попадать в рот хозяина и преодолевать желудочный барьер, достигая толстой кишки. Попав в толстую кишку, S. flexneri может проникать в эпителий тремя путями: 1) бактерия способна изменять плотные соединения между эпителиальными клетками, что позволяет ей проникать в подслизистый слой; 2) она может проникать в высокоэндоцитарные М-клетки, рассеянные в эпителиальном слое, и пересекать подслизистую оболочку; 3) достигнув подслизистой оболочки, бактерии могут быть фагоцитированы макрофагами и индуцировать апоптоз, или гибель клеток. Это приводит к высвобождению цитокинов, которые привлекают полиморфноядерные лейкоциты (ПМН) в подслизистую оболочку. S. flexneri, находящаяся в просвете толстой кишки, пересекает эпителиальный барьер по мере проникновения ПМН в очаг инфекции. Приток клеток ПМН через эпителиальный слой в ответ на Shigella нарушает целостность эпителия, позволяя бактериям из просвета проникать в подслизистую оболочку по механизму, не зависящему от М-клеток. S. flexneri использует эти три способа для достижения подслизистой оболочки и проникновения в эпителиальные клетки с базалатеральной стороны. Бактерия имеет четыре известных инвазионных плазмидных антигена: IpaA, IpaB, IpaC и IpaD. При контакте S. flexneri с базалатеральной стороной эпителиальной клетки, IpaC и IpaB объединяются, образуя пору в мембране эпителиальной клетки. Затем она использует систему секреции типа III (T3SS) для введения других белков Ipa в цитоплазму эпителиальной клетки. Достигнув соседней мембраны, бактерия формирует выпячивание в цитоплазму соседней клетки, окружаясь двумя слоями клеточной мембраны. Далее, используя другой комплекс IpaBC, она создает пору и проникает в следующую клетку. VacJ – это белок, также необходимый S. flexneri для выхода из выпячивания. Его точная функция все еще изучается, но известно, что межклеточное распространение значительно затруднено без него. Бактериальная репликация внутри эпителиальной клетки наносит вред клетке, однако предполагается, что гибель эпителиальной клетки в значительной степени обусловлена собственной воспалительной реакцией организма. Некоторые штаммы S. flexneri обладают устойчивостью к антибиотикам стрептомицину, ампициллину или триметоприму. Установлено, что хлорамфеникол, налидиксовая кислота и гентамицин остаются эффективными антибиотиками для некоторых штаммов.
Shigella flexneri is an intracellular bacterium that infects the epithelial lining of the mammalian intestinal tract. This bacterium is acid tolerant and can survive conditions of pH 2. Thus, it is able to enter the mouth of its host and survive passage through the stomach to the colon. Once inside of the colon, S. flexneri can penetrate the epithelium in three ways: 1) The bacterium can alter the tight junctions between the epithelial cells, allowing it to cross into the sub mucosa. 2) It can penetrate the highly endocytic M cells that are dispersed in the epithelial layer and cross into the sub mucosa. 3) After reaching the sub mucosa, the bacteria can be phagocytosed by macrophages and induce apoptosis, cell death. This releases cytokines that recruit polymorphonuclear cells (PMN) to the sub mucosa. S. flexneri still in the lumen of the colon traverse the epithelial lining as the PMNs cross into the infected area. The influx of PMN cells across the epithelial layer in response to Shigella disrupts the integrity of the epithelium allowing lumenal bacteria to cross into the sub mucosa in an M cell independent mechanism. S. flexneri uses these three methods to reach the sub mucosa to penetrate the epilithelial cells from the basolateral side. The bacterium has four known invasion plasmid antigens: IpaA, IpaB, IpaC, and IpaD. When S. flexneri makes contact with the basolateral side of an epithelial cell, IpaC and IpaB are fused together to make a pore in the epithelial cell membrane. It then uses a type III secretion system (T3SS) to insert the other Ipa proteins into the cytoplasm of the epithelial cell. When S. flexneri reaches the adjoining membrane, it creates a protrusion into the neighboring cell's cytoplasm. The bacteria becomes surrounded by two layers of cellular membrane. It then uses another IpaBC complex to make a pore and enter the next cell. VacJ is a protein that is also needed by S. flexneri to exit the protrusion. Its exact function is still being studied but it is known that intercellular spread is greatly impaired without it. Bacterial replication within the epithelial cell is detrimental to the cell but it is proposed that epithelial cell death is largely due to the host's own inflammatory response. Some strains of S. flexneri have resistance to the antibiotics streptomycin, ampicillin, or trimethoprim. It has been found that chloramphenicol, nalidixic acid, and gentamicin are still effective antibiotics for some strains.
Малая РНК
Бактериальные малые РНК играют важную роль во многих клеточных процессах. РнаG и RyhB sRNA хорошо изучены у S. flexneri. Показано, что Ssr1 sRNA, которая может играть роль в устойчивости к кислотному стрессу и регуляции вирулентности, существует только у бактерий рода Shigella.
Bacterial small RNAs play important roles in many cellular processes. RnaG and RyhB sRNAs have been well studied in S. flexneri. Ssr1 sRNA, which could play role in resistance to acidic stress and regulation of virulence was shown to exist only in Shigella.
Инфекционный цикл
Shigella flexneri содержит вирулентный плазмид, кодирующий три фактора вирулентности: систему секреции типа 3 (T3SS), инвазионные плазмидные антигенные белки (IPA-белки) и IcsA (используемый для распространения из клетки в клетку). При инфицировании S. flexneri вводит белки ipa в цитоплазму клетки-хозяина, используя T3SS – аппарат, напоминающий иглу и шприц, распространенный среди многих грамотрицательных патогенов. Эти IPA-белки индуцируют "образование мембранных складок" клеткой-хозяином. Образование мембранных складок создает мембранные карманы, которые захватывают и поглощают бактерии. Попав внутрь, S. flexneri использует актин клетки-хозяина для движения и перемещается непосредственно из клетки в клетку посредством клеточного механизма, известного как парацитофагия, аналогично бактериальному патогену Listeria monocytogenes. Shigella flexneri способна подавлять острую воспалительную реакцию на начальной стадии инфекции, используя эффекторный белок OspI, который кодируется ORF169b на большом плазмиде Shigella и секретируется системой секреции типа III. Он ослабляет воспалительный ответ во время бактериальной инвазии, подавляя сигнальный путь, опосредованный фактором 6, ассоциированным с рецептором TNF-α (TRAF6). OspI обладает активностью глутаминдемидазы и способен избирательно деаминировать глутамин в положении 100 в UBC13 до глутамата, что приводит к нарушению E2-убиквитин-конъюгирующей активности, необходимой для активации TRAF6.
Shigella flexneri contains a virulence plasmid that codes for three virulence factors: a type 3 secretion system (T3SS), invasion plasmid antigen proteins (IPA proteins), and IcsA (used for cell to cell spread). Upon infection, S. flexneri injects the host cell cytoplasm with ipa proteins using the T3SS—a needle and syringe like apparatus common to many Gram negative pathogens. These ipa proteins induce "membrane ruffling" by the host cell. Membrane ruffling creates membrane pockets which capture and engulf the bacteria. Once inside, S. flexneri uses host cell actin for propulsion to move directly from cell to cell using a cellular mechanism known as paracytophagy, similarly to the bacterial pathogen Listeria monocytogenes. Shigella flexneri is able to inhibit the acute inflammatory response in the initial stage of infection by using an effector protein, OspI, which is encoded by ORF169b on the Shigella large plasmid and secreted by the type III secretion system. It dampens the inflammatory response during bacterial invasion by suppressing the TNF α receptor associated factor 6 (TRAF6) mediated signalling pathway. OspI has glutamine deamidase activity, and is able to selectively deaminate glutamine at position 100 in UBC13 to glutamate, and this results in a failure of the E2 ubiquitin conjugating activity which is required for TRAF6 activation.