Возбудитель сибирской язвы (Bacillus anthracis): таксономия, морфологические и культуральные свойства

Сибирская язва (antrax, греч.) — острое инфекционное заболевание животных и человека. Оно известно человечеству с глубокой древности и описано греческими, римскими, египетскими и арабскими авторами. В своих сочинениях они называют это заболевание «священный огонь» или «персидский огонь». Первое достоверное описание болезни у человека сделал Моран в 1766 г. в докладе Академии наук в Париже. Позднее появились многочисленные описания этой болезни у человека.

В России сибирскую язву у животных и человека наблюдал в 1731 г. Иоганн Гмелин (Российская академия наук) во время путешествия по России. Русский врач А. Эшке, работавший на Алтае в 1758 г., значительно раньше, чем за рубежом, сообщил, что сибирская язва является заболеванием, поражающим человека и животных. Особенно большое значение имели исследования С.С. Андриевского. В 1788 г. героическим опытом самозаражения он доказал идентичность сибирской язвы человека и животных, ему же принадлежит и современное русское название болезни.

Возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis впервые наблюдал при микроскопии крови павших коров немецкий врач Поллендер (1849). В следующем году французский ученый Давэн обнаружил те же микробы в крови и органах павших овец и экспериментально заразил такой кровыо здоровых овец и лошадей. В 1855 г. Ф.Брауэль опубликовал результаты исследований крови погибшего от сибирской язвы человека с последующим заражением этой кровью многочисленных животных. Работы Р.Коха дали науке ключ к пониманию сущности сибиреязвенной инфекции, путей ее возникновения, возможностей сохранения в живом организме и внешней среде.

По прошествии некоторого времени Л.Пастер со своими учениками приготовил вакцину и дал в руки ветеринарным врачам совершенно новый метод предохранения от этой опасной инфекции.

Возбудитель сибирской язвы (Bacillus anthracis): таксономия, морфологические и культуральные свойства
Капсула В. anthracis (окраска по Бурри и люминесцентной сывороткой).

а) Таксономия. Bacillus anthracis принадлежит к классу Bacilli, порядку Bacillales, семейству спорообразующих микроорганизмов Bacillaceae, роду Bacillus. Род Bacillus насчитывает около 100 близкородственных возбудителю сибирской язвы сапрофитов. Особенно следует выделить виды Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis и Bacillus mycoides. Возбудитель сибирской язвы обладает почти универсальной патогенностью для млекопитающих. В. cereus способен вызывать у людей пищевые отравления, В. thuringiensis является энтомопатогенным микроорганизмом. Все они имеют чрезвычайно выраженное фенотипическое и генетическое подобие, большинство из них обитает в одних и тех же экологических нишах, в связи с чем их дифференциация часто вызывает определенные трудности при лабораторной диагностике сибирской язвы.

б) Морфологические и культурально-биохимические свойства. В. anthracis — крупная неподвижная грамположительная палочка, хорошо окрашивается всеми анилиновыми красителями. Встречается в трех формах — вегетативной без капсулы, вегетативной капсульной и споровой. Размеры вегетативных клеток — 1-1,5x6-10 мкм, спор — 0,8-1x1,5 мкм. В мазках с питательных сред палочки в вегетативной форме образуют длинные цепочки; концы микроорганизмов в окрашенных препаратах обрублены или несколько вогнуты, цепочка напоминает бамбуковую трость с коленчатыми сочленениями. Капсулу В. anthracis образует только в живом организме или при культивировании на специальных питательных средах.

В препаратах из патологического материала палочки расположены поодиночке, попарно или короткими цепочками, окружены капсулой, зачастую общей для группы клеток. Капсула и споры трудно воспринимают краски, для их окрашивания используют специальные методы.

При неблагоприятных условиях существования возбудитель сибирской язвы способен формировать споры. В каждой вегетативной клетке образуется только одна спора. Форма спор овальная, расположение центральное, диаметр не превышает поперечника микробной клетки. Спорообразование происходит вне живого организма, в условиях внешней среды или на питательных средах при свободном доступе кислорода, дефиците питательных веществ, определенной влажности, нейтральной или слабощелочной среде, температуре 26-37°С. При температуре выше 43°С и ниже 12°С спорообразование прекращается. Биологическая роль спор прежде всего заключается в том, что они являются формой защиты спорообразующих бактерий от вредного воздействия окружающей среды и тем самым выполняют функцию сохранения вида.

Споры способны долго сохранять генетический материал исходных клеток и обеспечивать передачу основных свойств потомству в последующих генерациях. Образование споры начинается с формирования проспоры. По мере образования клеточной стенки (оболочки) ироспора превращается в спору. Одновременно с образованием оболочки спор происходит поглощение Са++, затем следует синтез дипиколиновой кислоты. В стадии образования зрелых спор происходит уплотнение клеточных стенок и цитоплазмы. Остатки спорангия полностью распадаются и лизируются. Все или почти все споры становятся разобщенными, отличаются хорошей светопреломляемостью. Наряду со штаммами, хорошо образующими споры, встречаются и аспорогеные штаммы.

Возбудитель сибирской язвы — аэроб или факультативный анаэроб. Хорошо размножается на простых питательных средах.

Возбудитель сибирской язвы (Bacillus anthracis): таксономия, морфологические и культуральные свойства
Формирование спор В. anthracis.
Возбудитель сибирской язвы (Bacillus anthracis): таксономия, морфологические и культуральные свойства
Колонии В. anthracis на агаре.

Оптимальная температура роста 34-37°С, оптимальное значение pH 7,2-7,5. Хорошо растет на обычных питательных средах, характер роста в совокупности с другими признаками учитывается при идентификации. При посевах на чашки Петри с питательным агаром из гидролизата мяса по Хоттингеру (2,0-2,5 г/л аминного азота, pH 7,2-7,3) после суточной инкубации при 35-37°С микроорганизм формирует крупные шероховатые матовые колонии в R-форме с «шагреневой» поверхностью, неровными краями и отходящими от них волнистыми отростками, напоминающими при просмотре в микроскопе (малое увеличение) «локоны волос» или «львиную гриву». На мясопептонном бульоне или 1%-ной пептонной воде возбудитель сибирской язвы растет в виде «комочка ваты», трудно разбивающегося при встряхивании, при этом бульон остается прозрачным.

В. anthracis, как и сапрофиты этого рода, является природным ауксотрофом, нуждающимся в аминокислотах и тиамине. Имеющиеся в литературе сведения о питательных потребностях возбудителя сибирской язвы достаточно противоречивы. Штаммы В. anthracis с зависимостями от содержания аминокислот ароматической группы (фенилаланин, тирозин, триптофан) могут быть менее вирулентными, что используется для снижения остаточной вирулентности перспективных вакцинных штаммов.

Возбудитель сибирской язвы биохимически активен — способен разлагать с образованием кислоты без газа глюкозу, мальтозу, сахарозу и некоторые другие сахара, но не разлагает лактозу. При росте на кровяном агаре с 3-5% дефибринированной крови барана гемолиз не наблюдается, в то время как большинство спорообразующих сапрофитов дает быстрый гемолиз (через 12-18 ч при 37°С). Отсутствие гемолитических свойств у возбудителя сибирской язвы считалось наиболее постоянным биохимическим тестом. Однако дальнейшее изучение этого признака показало, что типичные по всем свойствам высоковирулентные сибиреязвенные штаммы вызывают гемолиз отмытых эритроцитов барана; не вызывают гемолиза штаммы, имеющие какие-либо отклонения в капсуло-, токсинообразовании и питательных потребностях. Оптимальные значения pH для проявления гемолитической активности — 5,5-6,5 (пик активности при pH 6,2). При значениях pH выше 8,2 и ниже 4,5 активность фермента практически не выявляется.

Бацилла сибирской язвы обладает протеолитической активностью; при посеве уколом в столбик 10-12%-ного мясопептонного желатина и выращивании при 22°С рост микроорганизма напоминает елочку, опрокинутую верхушкой вниз; на 3-5-й день желатин разжижается в виде воронки. Большинство сапрофитов полностью разжижает желатин в более короткие сроки. Протеолитическая активность возбудителя сибирской язвы рассматривается также в связи с вирулентностью, хотя и известны протеолитические варианты вакцинных штаммов. Обладая выраженной протеолитической активностью, сибиреязвенные штаммы подразделяются на высокоактивные и слабоактивные. Наиболее активные штаммы способны гидролизовать широкий спектр белковых субстратов: фибриноген, желатин, фибрин, казеин, гемоглобин, альбумин, коллаген. Ионы Са, Mg являются стимуляторами активности выработки протеаз.

Ингибиторами для отдельных штаммов В. anthracis являются ионы Zn, Mn. На хромосоме В. anthracis выявлены участки, кодирующие синтез протеаз, гемолизинов и гемагглютининов. Возбудитель сибирской язвы не образует фермент лецитиназу: при росте на агаре с куриным желтком помутнения агара вокруг колоний не наблюдается, при посеве на жидкую желточную среду желток не свертывается даже при 5-6-суточном инкубировании. Этим он отличается от сапрофитов, свертывающих желток в течение 6-10 ч и дающих зону коагуляции желтка вокруг выросших колоний. Возбудитель сибирской язвы в отличие от сапрофитных бацилл не образует щелочной фосфатазы, а следовательно, не способен разлагать фосфаты, добавляемые в питательную среду (тест на фосфатазу).

Возбудитель сибирской язвы (Bacillus anthracis): таксономия, морфологические и культуральные свойства
Типичный рост В.anthracis в бульоне через 18-20 ч - «комочек ваты» на дне пробирки.

В. anthracis обладает высокой чувствительностью к антибиотикам, все без исключения природные сибиреязвенные штаммы, независимо от их вирулентности, места выделения и биологических свойств, чувствительны к широкому спектру антибиотиков, беталактамных, аминогликозидных, рифампициновых и тетрациклиновых, что может быть дополнительным тестом при их дифференциации с близкородственными бациллами. Чувствительные к бензилпенициллину штаммы при выращивании на МПА или бульоне в присутствии 0,5-0,05 ЕД/мл бензилпенициллина через 3 ч инкубирования образуют цепочки из шарообразных клеток — «жемчужное ожерелье».

Микроб чувствителен к сибиреязвенному гамма- и К-бактериофагам. Проба с бактериофагом, тесты «жемчужное ожерелье» и на фосфатазу являются наиболее стабильными, и на них следует ориентироваться при идентификации возбудителя сибирской язвы.

Устойчивость к факторам внешней среды. Возбудитель сибирской язвы в соответствии с биологической формой существования обладает различной устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды. Микроорганизм в вегетативной форме обладает обычной резистентностью, свойственной другим бактериям. Споры возбудителя отличаются исключительной устойчивостью. Они остаются жизнеспособными при воздействии низких температур (замораживание в жидком азоте (-190°С) не нарушает их жизнедеятельности), выдерживают кипячение в воде до 30 мин, воздействие текучим паром — до 12 мин, сухим жаром при температуре 120°С — до 2 ч. Прямой солнечный свет убивает споры только через 4-20 сут.

Этиловый спирт, эфир являются ненадежными средствами дезинфекции материала, содержащего споры. При работе с возбудителем сибирской язвы утверждены следующие средства и методы дезинфекции: активированный осветленный раствор хлорной извести концентрацией от 4 до 20%, растворы перекиси водорода концентрацией 3-10% в сочетании с 0,1-0,5% моющего средства или 1% муравьиной кислоты, хлорамин Б (1-4%), кальций гипохлорит нейтральный (15%), формалин (20-40%), едкий натр (10% при температуре 70°С), кипячение в течение 60 мин с 2%-ным раствором пищевой соды или с 2%-ным раствором кальцинированной соды, автоклавирование при 2 атм в течение 90 мин, прокаливание, сжигание. В Канаде и США в качестве метода деконтаминации помещений используется обработка парами перекиси водорода в концентрации 0,1-2 мг/л при помощи специальных генераторов пара. Высокая устойчивость спор возбудителя сибирской язвы обусловливает его длительную сохранность во внешней среде. Так, в воде споры сохраняются несколько лет, в почве — несколько десятилетий.

О высокой чувствительности В. anthracis к большинству широко применяемых антибиотиков говорилось выше. В литературе имеются лишь единичные сообщения, свидетельствующие о возможности циркуляции в природе и получении экспериментальным путем штаммов с измененной чувствительностью к антибиотикам.

- Читать далее "Антигены и генетика возбудителя сибирской язвы (B. anthracis)"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 20.12.2019

Остались вопросы или замечания?

Все размещенные статьи преследуют образовательную цель и предназначены для лиц имеющих базовые знания в области медицины.
Без консультации лечащего врача нельзя применять на практике любой изложенный в статье факт.
Жалобы и возникшие вопросы просим присылать на адрес statii@dommedika.com
На этот же адрес ждем запросы на координаты авторов статей - быстро их предоставим.