Изучение рода Vibrio

Введение

вибрион vibrio cholerae

Изучение рода Vibrio, в частности типового вида Vibriocholerae, является необходимым для частной и медицинской микробиологии. Ведь данный представитель вызывает острое инфекционные заболевание – холера, которая характеризуется поражением тонкой кишки, нарушением водно-солевого обмена и интоксикацией.

Дорогой ценой оплатило человечество за коварный характер этих вибрионов. Во многих странах Европы можно увидеть много обелисков, посвященных избавлению от холерных эпидемий — естественному затуханию эпидемий, свирепствовавших в течение нескольких лет подряд. Миллионы человеческих жизней были унесены этой мелкой неспорообразующей бактерией. Неописуем ужас людей средневековья перед надвигавшейся на них неизбежной смертью. В настоящее время холера практически побеждена, а в случае заболеваний успешно лечится, в чем большую роль играет убитая вакцина из штаммов Огава и Инаба, холероген-анатоксин для подкожного введения и бивалентная вакцина из анатоксина и О-Аг Огава и Инаба. [1]

Для человека опасен не только вид V.cholerae, но и V.parahaemolyticus, V.vulnificus. Патогенные заболевания возникают также у рыб, возбудителями которых являются V.ordali, V.anguillarum, V.tubiashi; у ракообразных – V.harveyi, V.splendidus; у головоногих моллюсков: – V.alginolyticus, V. carchariae. [6]

1. История изучения

Европейская медицина столкнулась с возбудителем холеры - Vibriocholerae - лишь в первой половине XIX века; до этого времени холера вызывала эпидемии в ограниченном регионе полуострова Индостан. Основными воротами для прорыва возбудителя в Европу были некоторые регионы Ближнего Востока, Египет и порты Средиземноморья. На поиски возбудителя в Египет были направлены французская экспедиция под руководством Э. Ру и немецкая под руководством Р. Коха. Затем немецкие бактериологи перенесли работу в Индию, где в 1883 г. была открыта знаменитая «запятая Коха». [1]

Позднее были обнаружены многочисленные вибрионы, не имеющие никакого отношения к холере и отличавшиеся от её возбудителя способностью лизировать эритроциты. В соответствии с этим гемолитические виды стали считать непатогенными. Критерий считали вполне обоснованным до выделения в 1906 г супругами Ф. и У. Готшлих гемолитических вибрионов из трупов мусульман-паломников, погибших от холероподобной инфекции на карантинной станции Эль-Тор в Египте. Поскольку в то время эпидемии не было, то и роль вибриона Эль-Тор осталась неясной. Но в 1939 г. возбудитель вызвал эпидемическую вспышку на острове Сулавеси в Индонезии, а позднее был признан этиологическим агентом седьмой пандемии холеры. В начале 1993 г, появились сообщения о вспышках холеры в юго-восточной Азии, вызванных вибрионами ранее неизвестной серогруппы, обозначенных как серовар 0139(Бенгал). [1]

Хронология изученияпредставителейродаVibrio. [1]

Вид «Vibriophychroerythrus» описан в 1972 г.

V.(Listonella) damsela, V.mimicus и V.ordalli ― в 1981 г.

V. diazotrophicusи V. hollisae ― в 1982 г.

V.aestuarianus,V. furnissii и V.orientalis ― в 1983 г.

Виды V. tubiashiи V. carchariaeописаны в 1984 г, согласно данным гибридизации ДНК — младший субъективный синоним V. carchariae ― V. harveyi.

V. cincinnatiensis,V. mediterranei и V. salmonicida― в 1986 г.

V.(Colwellia) hadaliensisи V.(Colwellia) psychoroerythrus― в 1988 г.

Ранее к роду Vibrio относились видыListonella (Vibrio) anguillarum, Listonella (Vibrio) damsela и Listonella (V. pelagius) pelagia, описанные в 1985 г.

Систематика.

Холерный вибрион относится к домену Bacteria → филум Proteobacteria → класс Gammaproteobacteria → порядок Vibrionales→ семейство Vibrionaceae → род Vibrio → типовой вид Vibriocholerae. Внутри вида Vibrio cholerae различают 2 основных биовара: biovar cholerae classic (выделенный Р. Кохом) и biovar eltor (открытый Ф. и Е. Готшлихами).

2. Морфология родаVibrio

Свое название эти микробы получили за их способность к быстрым колебательным движениям (от лат. «vibrare» — колебаться). [3]

Род Vibrioобразуют короткие, прямые или изогнутые в виде запятой палочки размером 0,5—0,8 х 1,4—2,6 мкм. После деления они часто остаются сцепленными концами, образуя спирали. Являются неспорообразующими грамотрицательными бактериями с одним или несколькими жгутиками, расположенными полярно (монотрихи или лофотрихи), заключенныхв чехол — продолжение наружной мембраныклеточной стенки. Подвижны, могут передвигаться очень быстро - 12 мм/мин. [3]

Клетки Vibriocholeraeразмером 1,5-4,0 x 0,2-0,4 мкм имеют один полярный жгутик, снабжённый чехликом и продольным выростом, напоминающим ундулирующую мембрану. Подвижность бактерий весьма выражена, и её наличие — важный диагностический признак, выявляют методом висячей или раздавленной капли. Не образует спор и капсул. Для бактерий характерен полиморфизм — типичные формы наблюдают в клиническом материале, в мазках из колоний доминируют палочковидные формы (Рис.1). Под действием пенициллина холерные вибрионы способны образовывать L-формы. Вибрионы хорошо окрашиваются анилиновыми красителями; обычно используют водный фуксин Пфайффера и карболовый фуксин Циля. [3]

3. Особенности физиологии

Среди представителей рода наиболее распространены факультативные анаэробы, но некоторые из них — строгие анаэробы или облигатные аэробы. Хемоорганотрофы, обладающие дыхательным и бродильным типами метоболизма. КатаболизируютD-глюкозу и другие углеводы с образованием кислоты, но не газа(исключение составляютV.furnissii, V. gazogenes и некоторые штаммыV. (Listonella) damsela). Оксидазоположительные (за исключениемV. gazogenesиV. metschnikovii). Восстанавливают нитрат (за исключениемV. gazogenes, V. metschnikoviiиV. ordalii).Углеводы сбраживают большинство видов, включая мальтозу, D-маннозу и трегалозу.По способности разлагать ферментацией маннозу, сахарозу и арабинозу (расщепление «триады Хёйберга» имеет диагностическое значение) все вибрионы разделяют на 6 групп. Большинство видов чувствительны к вибриостатическому агенту 0/129 (2,4-диамино-6,7-диизопропилптеридин). Ионы Na⁺ стимулируют рост всех видов, а для большинства видов абсолютно необходимы. Не способны расщеплять клетчатку. Многие используют фенолы, некоторые – циклические соединения. [5]

V.cholerae сбраживает с образованием кислоты многие углеводы (глюкозу, сахарозу, мальтозу, маннит, лактозу, гликоген, крахмал и др.). Холерные вибрионы разлагают только маннозу и сахарозу и принадлежат к 1-й группе Хёйберга (манноза+, арабиноза–, сахароза+). Бактерии этой группы обладают плазмокоагулирующим (свёртывают плазму кролика) и фибринолитическим (разжижают свёрнутую сыворотку по Лёффлеру) свойствами. Они свёртывают молоко и разлагают другие белки до аммиака и индола; H₂S не образуют, восстанавливают нитраты и образуют индол (эту способность учитывают в нитрозоиндоловой реакции, известной как «холера-рот реакция»). На основании биохимических и биологических различий (табл.1) холерные вибрионы разделяют на два биовара — классический (V.choleraeбиоварasiaticae) и Эль-Тор (V.choleraeбиоварeltor). Бактерии серовара Бенгал устойчивы к полимиксину и не проявляют гемолитической активности. [5]

Таблица 1. Дифференциальные признаки возбудителей холеры по биохимическим свойствам.

4. Культуральные свойства

V.choleraeпредпочитает аэробные условия и быстро погибает в анаэробных. Температурный оптимум 37 ⁰С. Вибрион хорошо растёт на простых питательных средах с высоким рН (7,6-8,0) ― 1 % щелочная лептонная вода, щелочной МПА, элективные и дифференциально-диагностические среды (например TCBS-arap). [3]

На твёрдых средах возбудитель образует небольшие круглые дисковидные прозрачные S-колонии с ровными краями, голубоватые в проходящем свете, что сразу их отличает от более грубых и мутно-белых колоний энтеробактерий. Старые культуры несколько грубеют и приобретают желтовато-коричневый оттенок. На TCBS-агаре, которая в своем составе содержит тиосульфат, цитрат, соли жёлчных кислот и сахарозу, V.choleraeферментирует сахарозу и образует жёлтые колонии. [3]

При посеве уколом в желатину через 48-72 ч микроорганизм дает воронкообразное разжижение, верхняя часть которого при просматривании сбоку представляется пузырьком воздуха. Позднее разжижение увеличивается, полость заполняется белёсой массой вибрионов. Холерный вибрион также образует неровные мутные R-колонии; бактерии из которых не чувствительны к бактериофагам, антибиотикам и не агглютинируются О-антисыворотками. [3]

В жидких средах вибрион вызывает помутнение и образование нежной голубоватой плёнки на поверхности, её края приподняты вдоль стенок пробирки; при встряхивании она легко разрушается и оседает на дно. На 1 % пептонной воде (рН 8,8-9,0) холерный вибрион растёт, опережая бактерии кишечной группы, и образует нежную голубоватую плёнку и муть. Пептонная вода с добавлением 0,5-1% NaCl— наилучшая среда накопления для возбудителя холеры. [3]

5. Антигенные особенности

V.cholerae имеет соматический термостабильный О-антиген и жгутиковый термолабильный H-антиген. [2]

О-Аг. По структуре О-Аг выделяют 139 серогрупп. Возбудитель холеры относится к серогруппам 01 и 0139 (его обозначение V.cholerae 01 или V.cholerae 0139), другие представители вида V.cholerae не являются возбудителями холеры, но могут вызывать острые кишечные болезни (например, гастроэнтериты). Принадлежность к ней отличает их от холероподобных и парахолерных вибрионов. Поэтому, несмотря на возможные биохимические различия, при исследовании на холеру обязательно проводят типирование О1 антисывороткой. О-Аг 01 группы холерных вибрионов неоднороден и включает А, В и С компоненты, разные сочетания которых присущи сероварам Огава (АВ), Инаба (АС) и Хикоджима (ABC). Эти свойства используют в качестве эпидемиологического маркёра для дифференцировании очагов по возбудителям, хотя иногда от одного больного можно выделить бактерии разных сероваров. R-формы, а также слизистые М-формы (с изменённой структурой О-Аг) не агглютинируются О-антисыворотками, для идентификации OR- и R-диссоциатов используют OR-антисыворотки. Бактерии серовара 0139 не агглютинируются видоспецифической О1- и типоспецифическими Огава-, Инаба- и RO-сыворотками. Поскольку холероподобные вибрионы также не агглютинируются 01-антисывороткой, их обозначают как неагглютинирующиеся (НАГ) вибрионы. [2]

Н-Аг — общие Аг для большой группы бактерий, поэтому их разделяют на А и В группы. В группу А входят холерные вибрионы; в группу В — вибрионы, биохимически отличные от холерных. Вибрионы группы В имеют неоднородную структуру О-Аг, их разделяют на 6 серологических подгрупп, состав которых совпадает с разделением на 6 биохимических групп схемы Хайберга. [2]

6. Межродовая, внунтривидовая и межвидовая идентификация

Признаки, отличающиеVibrio от других родов, приведены в таблице 2. Хотя число легкоопределяемых диагностических различий между этими родами ограничено, их дифференциация не представляет существенных трудностей благодаря четкому определению отдельных видов. [4]

Таблица 2.Дифференциация родов семейства Vibrionaceae.

Обозначения: «+» - все виды положительные, [+] – большинство видов положительные, «–» - все виды отрицательные, d – некоторые виды положительные, некоторые отрицательные;

¹ V.nereis, V.anguillarum биовар II и V.costicola отрицательные;

² V.neris, V.anguillarum биовар II и V.marinusотрицательные;

³ За исключением A.media и A.salmonicida.

Признаки, разграничивающие биовары Vibrio cholerae, приведены в таблице 3. [4]

Таблица 3.Дифференциация биоваров вида V.cholerae¹

Обозначения: «+» - все виды положительные, «–» - все виды отрицательные.

¹ Эритроциты барана, агаризованная среда с тиогликолатом, цистеином и сердечно-мозговой вытяжкой;

² Первые штаммы текущей пандемии были сильными гемолитиками, но последующие негемолитические;

³ Метод З. Коуэна;

⁴ Эритроциты цыпленка, тест на пластинках;

⁵ Тест с дисками.

Признаки, помогающие дифференцировать виды Vibrio, особенно морские вибрионы, представлены в таблице 4. [4]

Таблица 4.Дифференциация видов рода Vibrio.

Обозначения: «+» - все виды положительные, [+] - большинство видов положительные, «–» - все виды отрицательные, d – некоторые виды положительные, некоторые отрицательные;

¹ «+» - прямые палочки, «–» - изогнутые палочки;

² Полигидроксибутират;

³ Определено по анаэробному образованию орнитина из аргинина.

7. Медицинское и ветеринарное значение. Патогенность

Вид Vibriocholerae вызывают холеру и другие острые кишечные инфекции. Холера — острая инфекционная болезнь, характеризующаяся поражением тонкой кишки, нарушением водно-солевого обмена и интоксикацией. Это особо опасная, карантинная инфекция. [6]

V.choleraeобразует эндотоксин. Кроме того, он выделяет экзотоксин, состоящий из нескольких фракций, наиболее важной из которых является холероген. Холероген вызывает гиперсекрецию воды и хлоридов в просвет кишечника, нарушение обратного всасывания натрия, в результате возникает диарея, приводящая к обезвоживанию организма. Экзотоксин обладает также цитотоксическим действием и вызывает гибель клеток эпителия тонкой кишки. У возбудителя холеры имеются ферменты агрессии – фибринолизин, гиалуронидаза, лецитиназа, нейраминидаза. Патогенность связана также с адгезивными свойствами (белки наружной мембраны), подвижностью вибриона. [6]

Вибрионы, попадающие через рот в желудок, в результате действия соляной кислоты могут погибнуть. Однако при поступлении большого количества возбудителей и снижении кислотности желудочного содержимого (разбавление его водой, пищей, гастрит со сниженной кислотностью) вибрионы попадают в тонкую кишку, размножаются, прикрепляясь к ее эпителию, и выделяют экзотоксин (табл. 5), который нарушает водно-солевой обмен, приводит к резкому обезвоживанию организма и ацидозу. Испражнения, состоящие из жидкости и погибших клеток слизистой оболочки, имеют вид рисового отвара. При гибели вибрионов освобождается эндотоксин, вызывающий интоксикацию. [6]

Таблица 5.Факторы вирулентности Vibriocholerae.

Для ускоренной диагностики заболевания применяют иммунолюминесцентный и иммобилизационный методы и РИГА с диагностикумом. Нецелесообразно проводить бактериоскопию мазков и препаратов методом «висячей капли» из нативного материала. Также для ускоренной биохимической идентификации предложен набор СИБ из 13 тестов (оксидаза, индол, лактоза, глюкоза, сахароза, манноза, арабиноза, маннит, инозит, аргинин, орнитин, лизин), дифференцирующий от представителей семейства Enterobacteriaceae, бактерий родов Plesiomonas, Aeromonasи др. [6]

Для специфической иммунопрофилактики разработаны убитая вакцина из штаммов Огава и Инаба, холероген-анатоксин для подкожного введения и бивалентная вакцина из анатоксина и О-Аг Огава и Инаба. Эффективность их использования не превышает 60-70%, невосприимчивость сохраняется в течение 3-6 месяцев, поэтому вакцинопрофилактику применяют по эпидемиологическим показаниям. [6]

Наибольший интерес представляют патогенные представители (помимо V.cholerae) для человека:V.parahaemolyticus, V.valniticus; для рыб:V.splendidus, V.ordali, V.anguillarum, V.tubiashi, V.alginolyticus; для ракообразных:V.harveyi, V.splendidus; для головоногих моллюсков:V.alginolyticus, V.harveyi, V.parahaemolyticus, V.carchariae (табл. 6.). [6]

Таблица 6. Виды родаVibrio, имеющие медицинское значение (кроме V.cholerae).

В природе представители рода Vibrio обнаружены в водных местообитаниях, существенно варьирующих по степени солености. Широко распространены в морской среде и в устьях рек, на поверхности морских животных и в содержимом их кишечника. Некоторые виды обнаружены также в пресной воде. [6]

Заключение

Изучение рода Vibrio позволило эффективно бороться с инфекционными заболеваниями, возбудителями которых являются некоторые его представители, в частности вид V.cholerae вызывающий холеру. Он представляет собой палочку в виде запятой размером 1,5-4,0 x 0,2-0,4 мкм, имеет один полярный жгутик, снабжён чехликом и продольным выростом, напоминающим ундулирующую мембрану. Не образует спор и капсул. Разлагает ферментацией многие углеводы с образованием кислоты и принадлежат к 1-й группе Хёйберга (манноза+, арабиноза–, сахароза+), обладает плазмокоагулирующим и фибринолитическим свойствами, свёртывает молоко и разлагает другие белки до аммиака и индола, H₂S не образует, восстанавливает нитраты и образует индол. Хорошо растёт на простых питательных средах с высоким рН (7,6-8,0) ― 1 % щелочная пептонная вода, щелочной МПА, элективные и дифференциально-диагностические среды (например TCBS-arap). [3]

Холерный вибрион имеет О- и H-антигены, он относится к серогруппам 01 и 0139. Различают 139 серогрупп в зависимости от строения О-аг. H-аг не специфичен для V. cholerae — он является общим для всего рода. V. choleraeобразует эндотоксин и экзотоксин (холероген). [2]

Для лечения холеры разработана вакцина из штаммов Огава и Инаба, холероген-анатоксин для подкожного введения и бивалентная вакцина из анатоксина и О-Аг Огава и Инаба. [2]

Список литературы

1.Воробьева А.А., Быкова А.С., Атлас по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии, - М.; МИА, 2003.

2.Воробьева А.А., Микробиология и иммунология, - М.: Медицина, 1999.

3.Г. Шлегель, Общая микробиология, - М.: МИР, 1987.

4.Дж. Таулт, Н. Криг, П. Снит, Дж. Стейл и С. Уильямс, Определитель бактерий Берджи. Изд. 2е. В 2х томах. 1-й том. Перевод с англ. под ред. РАН Г.А. Заварзина., - М.: МИР, 1997.

5.Мишустин Е.Н., Емцев В.Т., Микробиология. Изд.3е,- М.: Агропромиздат, 1987.

6.Поздеев О.К., Медицинская микробиология, - М.: ГЕОТАР-МЕД, 2001.

Размещено на http://www.