Введение

Вид бактерии, вызывающий коклюш.

Bordetella pertussis – это грамотрицательная, аэробная, патогенная, инкапсулированная коккобацилла рода Bordetella, являющаяся возбудителем коклюша. Факторы вирулентности включают коклюшный токсин, токсин аденилатциклазы, нитевидный гемагглютинин, пертактин, фимбрии и трахеальный цитотоксин. Бактерии распространяются воздушно-капельным путем, а инкубационный период заболевания составляет в среднем 7–10 дней (в диапазоне 6–20 дней). Человек – единственный известный резервуар для B. pertussis. Полный геном B. pertussis, состоящий из 4 086 186 пар оснований, был опубликован в 2003 году. По сравнению с ближайшим родственником B. bronchiseptica, размер генома значительно уменьшен. Это в основном связано с адаптацией к одному виду хозяина (человеку) и утратой способности выживать вне организма хозяина. Как и B. bronchiseptica, B. pertussis способна экспрессировать структуру, подобную жгутику, хотя исторически она классифицировалась как неподвижная бактерия.

Таксономия

Род Bordetella включает девять видов: B. pertussis, B. parapertussis, B. bronchiseptica, B. avium, B. hinzii, B. holmesii, B. trematum, B. ansorpii и B. petrii. 16S рРНК является компонентом всех бактерий, позволяющим сравнивать филы (типы) внутри образца. Расширение человеческой деятельности в области сельского хозяйства привело к увеличению контакта человека с почвой. Этот рост не только создал более благоприятные условия для предков Bordetella для процветания, но и для распространения на людей. Со временем Bordetella, например B. pertussis, адаптировалась к специфическому заражению людей и все еще способна размножаться и процветать в почвенных условиях. Изначально было установлено, что B. pertussis является мономорфным патогеном, у большинства обнаруженных штаммов которого были одни и те же два типа аллелей: ptxA1 или ptxA2. Современные достижения в области секвенирования генома позволили более детально изучить B. pertussis, что привело к открытию региона ptxP. Изучение этого гена выявило мутации, указывающие на отсутствие участков генома на цепи ДНК. Исследование, проведенное Бартом и др., показало, что 25% генов в референсном штамме Tohama I последовательности B. pertussis отсутствовали по сравнению с предковыми штаммами. Эти мутации были связаны с увеличением внутригеномной рекомбинации и потерей ДНК. Гены, контролируемые системой BvgAS, превратили B. pertussis в гораздо более заразный патоген, оптимально приспособленный для процветания в организме человека. Максимальный уровень pH для их роста составляет 8,0. Минимальный диапазон pH для поддержания роста – от 6,0 до 6,5. Бактерии не способны размножаться при pH ниже 5,0. Кроме того, Bordetella pertussis предпочитает температурный диапазон от 35 °C до 37 °C. Как было упомянуто ранее, это строгий аэроб, и для его питания требуется тщательное добавление никотинамида. Установлено, что рост бактерий подавляется в присутствии жирных кислот, пероксидных сред, ионов металлов и сульфидов. Будучи строгим аэробом, бактерии нуждаются в кислороде для роста и поддержания жизнедеятельности. Такие аэробы осуществляют клеточное дыхание для метаболизма веществ с использованием кислорода, при этом конечным акцептором электронов в цепи переноса электронов является кислород. Организм является оксидазоположительным, но уреазо-, нитратредуктазо- и цитратоотрицательным.

Метаболизм

B. pertussis представляет уникальные проблемы и возможности для моделирования метаболизма, особенно учитывая его повторное появление как патогена. Обнаружено, что повышенные уровни глутамата замедляют рост из-за окислительного стресса, что указывает на сложную взаимосвязь. Этот эффект усиливается наблюдениями, предполагающими, что небольшая начальная популяция может усиливать окислительный стресс посредством кворумного зондирования – явление, требующее дальнейшего изучения. При культивировании B. pertussis в сбалансированной среде, содержащей лактат и глутамат, не накапливающей аммиак, наблюдается частично нарушенный цикл лимонной кислоты и способность бактерии синтезировать и расщеплять β-гидроксибутират. Выращивание B. pertussis в этой среде привело к некоторому образованию полигидроксибутирата, но не к выделению β-гидроксибутирата, что свидетельствует о более эффективном преобразовании углерода в биомассу по сравнению с существующими средами. В условиях образования биопленки клетки B. pertussis демонстрировали повышенный уровень токсинов и сниженную экспрессию определенных белков, что указывает на метаболический сдвиг в сторону использования полного цикла трикарбоновых кислот (ТЦК) вместо глиоксилатного шунта. Эти изменения коррелировали с повышенной аккумуляцией полигидроксибутирата и активностью супероксиддисмутазы, что потенциально способствует увеличению выживаемости в биопленках. Несмотря на менее неблагоприятный энергетический профиль по сравнению с тканями хозяина, такими как дыхательная система человека, B. pertussis эффективно сочетает биосинтез с катаболизмом, поддерживая устойчивый рост даже после длительной инкубации. Вспышки коклюша были зарегистрированы среди шимпанзе в зоопарке и диких горилл; в обоих случаях считается вероятным, что заражение произошло при тесном контакте с людьми. В ряде зоопарков существует давняя практика вакцинации приматов против коклюша. Исследования показывают, что некоторые виды приматов обладают высокой чувствительностью к B. pertussis и при воздействии низких инфекционных доз часто заболевают клиническим коклюшем. Факт естественного распространения бактерий среди диких популяций животных не был окончательно подтвержден лабораторной диагностикой. В исследовательских целях бабуины используются в качестве модели инфекции, хотя не установлено, аналогична ли патология у бабуинов таковой у людей.

Коклюш

Коклюш – это инфекция дыхательной системы, характеризующаяся звуком, напоминающим «закупорку» или «свист», при вдохе. B. pertussis заражает хозяина, колонизируя эпителиальные клетки легких. Бактерия содержит поверхностный белок – нитевидный гемагглютининовый адгезин, который связывается с сульфатидами, находящимися на ресничках эпителиальных клеток. Другими адгезинами являются фимбрии и петрактин. После закрепления бактерия производит трахеальный цитотоксин, который останавливает движение ресничек. Это препятствует очищению легких от инородных частиц, в результате чего организм реагирует приступами кашля. B. pertussis обладает способностью подавлять функцию иммунной системы хозяина. Токсин, известный как коклюшный токсин, ингибирует связывание G-белка, регулирующее преобразование АТФ в циклический аденозинмонофосфат, опосредованное аденилатциклазой. В результате фагоциты преобразуют избыточное количество аденозинтрифосфата в циклический аденозинмонофосфат, вызывая нарушения в механизмах клеточной сигнализации и препятствуя адекватному ответу фагоцитов на инфекцию. Коклюшный токсин, ранее известный как фактор, стимулирующий лимфоцитоз, вызывает снижение проникновения лимфоцитов в лимфатические узлы, что может привести к состоянию, известному как лимфоцитоз, с общим количеством лимфоцитов более 4000/мкл у взрослых или более 8000/мкл у детей. Помимо воздействия на лимфоциты, он ограничивает миграцию нейтрофилов в легкие и снижает функцию резидентных макрофагов, ответственных за элиминацию бактерий. Инфицирование B. pertussis чаще всего происходит у детей младше одного года, поскольку в этом возрасте они не вакцинированы, или у детей с ослабленным иммунитетом, обычно в возрасте от 11 до 18 лет. Признаки и симптомы схожи с симптомами обычной простуды: насморк, чихание, легкий кашель и незначительное повышение температуры. Пациент становится наиболее заразным во время катаральной стадии инфекции, обычно через две недели после начала кашля. Инфекция может распространяться воздушно-капельным путем при кашле, чихании или смехе. Пароксизмальный кашель предшествует громкому, свистящему вдоху, характерному для коклюша. После приступа пациент может издавать звук, напоминающий «закупорку» или «свист» при вдохе, или его может вырвать. Ожидается увеличение скорости распространения инфекции, когда хозяин находится в наиболее заразной фазе, при максимальной концентрации жизнеспособных бактерий B. pertussis. После кашля бактерии из дыхательных путей хозяина попадают в воздух в виде аэрозольных капель, представляя угрозу для окружающих. Человек-хозяин может проявлять различные физические реакции в ответ на патоген B. pertussis, в зависимости от способности его организма бороться с инфекцией. Однако для сохранения B. pertussis в популяции необходима непрерывная цепочка передачи, поскольку отсутствуют животные-резервуары, и бактерии не выживают в окружающей среде. B. pertussis распространяется преимущественно воздушно-капельным путем, требуя непосредственного контакта между людьми из-за короткого времени выживания бактерий вне организма. Отмечено, что в период с 1991 по 2008 год было зарегистрировано 258 случаев смерти младенцев в возрасте до 8 месяцев.

Лечение

Коклюш лечат макролидами, например, эритромицином. Терапия наиболее эффективна при начале в инкубационный или катаральный период. Оптимально начинать лечение в течение 1–2 недель от начала симптомов. При применении в фазе спазматического кашля время выздоровления не сокращается, но дальнейшее распространение инфекции снижается до 5–10 дней после заражения.

Профилактика

Вакцина против коклюша широко используется со второй половины 20-го века. Эти ацеллюлярные вакцины также вводятся внутримышечно и состоят из очищенных поверхностных антигенов, в основном фимбрий, нитевидного гемагглютинина, пертактина и токсина коклюша. Обе вакцины используются и сегодня, при этом вакцина aP преимущественно применяется в развитых странах. Вакцина aP также входит в состав вакцинации против дифтерии, столбняка и ацеллюлярного коклюша (DTaP). Заболеваемость среди младенцев распространена и часто имеет серьезные последствия, поскольку они более восприимчивы к *Bordetella pertussis*, чем подростки и здоровые взрослые. Поэтому, чтобы снизить риск заражения и распространения этого заболевания, родителям рекомендуется пройти профилактическую вакцинацию. "В связи с повторным ростом заболеваемости коклюшем, возникают опасения относительно уровня защиты, обеспечиваемого текущей вакциной. Эта вакцина не обеспечивает защиту от других видов *Bordetella*, таких как *B. holmesii* и *B. bronchiseptica*, что еще больше подчеркивает необходимость разработки новой вакцины. В настоящее время ведутся исследования по созданию новой вакцины, такой как BPZE1 – живой аттенуированной вакцины против *B. pertussis*, которая эффективна и против других патогенов из группы 'классических бордетелл'. Эта новая вакцина инактивирует ген, кодирующий три основных токсина, всего одной интраназальной дозой. В настоящее время изучается ее безопасность для пациентов с ослабленным иммунитетом и беременных женщин. Другие перспективные вакцины также находятся на стадии изучения и проходят испытания на точность, эффективность и безопасность."