Бактерии Haemophilus influenzae: морфологические, культуральные, биохимические свойства

Бактерии рода Haemophilus, с одной стороны, входят в состав нормальной микрофлоры слизистой оболочки ротоглотки человека и животных, а с другой, — многие из них патогенны и являются облигатными паразитами. Типовой представитель рода — Haemophilus influenzae. В 1883 г. Р. Кох в гное больных конъюнктивитом обнаружил мелкие грамотрицательные палочки, а в 1891 г. М.И. Афанасьев и в 1892 г. Р. Пфейффер (R. Pfeiffer) впервые из мокроты больных гриппом выделили их в чистой культуре. Впоследствии эти бактерии были названы палочкой Афанасьева-Пфейффера.

Бактерии рода Haemophilus включают 21 вид и относятся к семейству Pasteurellaceae, в которое входят также роды Pasteurella и Actinobacillus.

Бактерии рода Haemophilus представляют собой полиморфные клетки (сферические, овальные или палочковидные), обычно мелкие, менее 1 мкм в ширину и различные по длине, иногда образуют нити. Они являются неподвижными грамотрицательными неспорообразующими факультативными анаэробами. Бактерии этого рода неустойчивы во внешнй среде, быстро погибают вне организма, поэтому распространяются в основном воздушно-капельным путем при личном контакте.

Почти все виды нуждаются в готовых факторах роста, присутствующих в крови, особенно в факторе X и/или V (поэтому их называют гемоглобинофильными бактериями или гемофилами). Фактор X термостабилен, представляет собой группу тетрапирольных соединений, входящих в состав железосодержащих пигментов, например, гемина. Виды гемофилов, нуждающиеся в факторе X, не способны синтезировать протопорфирин, что используется в качестве одного из идентификационных тестов. Большинство видов гемофилов нуждаются в термолабильном факторе V — никотинамидадениндинуклеотиде (НАД) или никотинамидадениндинуклеотидфосфате (НАДО), который участвует в окислительно-восстановительных реакциях.

Потребность бактерий в факторах X и V является критерием внутриродовой дифференциации бактерий рода Haemophilus, которые можно рассматривать как условно патогенные микроорганизмы. С человеком ассоциировано 9 видов.

Бактерия Н. influenzae связана с человеком; других резервуаров в природе не существует.

Бактерии Haemophilus influenzae: морфологические, культуральные, биохимические свойства

а) Морфологические, культуральные, биохимические и другие физиологические свойства. В состав клеточной стенки Н. influenzae серотипа b входит наружная мембрана, которая, как и у других грамотрицательных бактерий, состоит из фосфолипида, липополисахарида (ЛПС) и более 30 белков наружной мембраны, 6 из которых являются основными, выполняют различные функции и составляют 80% общего белка. ЛПС наружной мембраны состоит из липида А, ядра — кора и О-специфической цепи полисахарида, имеющего более короткие цепи липоолигосахаридов (ЛОС), чем классические ЛПС энтеробактерий.

Штаммы H. influenzae типа b обладают капсулой, которая представляет собой полимер рибозы и рибитола, скрепленных фосфорной кислотой (полирибозилрибитолфосфат, ПРФ).

Н. influenzae неподвижны, не имеют жгутиков; от поверхности клетки отходят пили, состоящие из белка пилина и отвечающие за адгезию к поражаемой клетке.

Бактерии, относящиеся к роду Haemophilus, — хемоорганотрофы и даже при наличии факторов роста X и V лучше растут на средах сложного состава; в питательную основу, изготавливаемую за рубежом, входят сердечно-мозговой настой, препараты «Протеозопептон», «Биополитон», к которым в качестве комплексного витаминного препарата добавляют IsoVitalex; в России используют «шоколадно-кровяной» или кровяной агар. Как отмечено выше, бактерии данного рода относятся к факультативным анаэробам.

При изучении энергетического метаболизма Н. influenzae было показано, что существует компенсаторный механизм, благодаря которому потребление ими углеводов и состояние их электрон-транспортной системы взаимосвязаны. Гемофильные бактерии обладают ферментными системами углеводного метаболизма, которые имеются у большинства грамотрицательных бактерий. Следует подчеркнуть, что существуют видовые особенности гемофильных бактерий, связанные как со строением электрон-транспортной системы (состав хинонов и цитохромов), так и с наличием альтернативных путей углеводного метаболизма.

Н. influenzae при культивировании весьма прихотливы к искусственным питательным средам. Обязательным условием их роста является наличие в среде X и V факторов. На кровяном агаре, приготовленном на основе лошадиной или кроличьей крови, Н. influenzae могут расти в виде мельчайших колоний. Кровяной агар с нативными человеческими или бараньими эритроцитами не подходит, так как указанные эритроциты содержат ферменты, инактивирующие фактор V. Общепринятой питательной средой для гемофилов является «шоколадно-кровяной» агар.

Бактерии рода Haemophilus отличаются биологическими особенностями, в частности, как отмечено выше, высокими питатательными потребностями: они растут на полноценных питательных средах, богатых аминокислотами, витаминами и требуют добавления факторов роста X и V, что является почти универсальным признаком принадлежности к этому роду бактерий. Другим характерным для ряда видов этого рода признаком является проявление каталазной активности. Исключение иногда составляют Н. parainfluenzae и Н. segnis, у которых этот признак вариабелен, и Н. aphrophilus, Н. paraphrophilus и Н. ducreyi, у которых он отсутствует.

Все виды гемофильных бактерий способны редуцировать нитраты до нитритов. Виды различаются по активности в отношении ферментов цитохромоксидазы, β-галактозидазы. Способностью вызывать β-гемолиз характеризуются только два вида — Н. haemolyticus и Н. parahaemolyticus, в то время как Н. influenzae и биовар aegyptius отличаются от других видов отсутствием β-галактозидазной активности. По способности гидролизовать мочевину виды рода Haemophilus и штаммы внутри видов Н. influenzae и Н. parainfluenzae различаются, и этот признак используется для биохимического типирования штаммов этих видов.

Бактерии Haemophilus influenzae: морфологические, культуральные, биохимические свойства

Н. influenzae обладают цитохромоксидазой и каталазой, нуждаются в V и X факторах роста и не обладают β-галактозидазной активностью. Это основные дифференциально-диагностические признаки данного вида микроорганизмов.

Бескапсульные штаммы обозначаются как нетипируемые и для их характеристики используют только биотипирование на основе биохимических тестов, предложенное М. Kilian, разделившей весь вид на 8 биотипов. Наиболее распространенными являются первые 3 биотипа, охватывающие от 70 до 85% всех изолятов. Наибольшей вирулентностью характеризуются штаммы биотипа I. Подавляющее большинство капсульных штаммов Н. influenzae серотипа b (Hib) относится к биотипу I и нередко к биотипу II. Биотип I преобладет среди изолятов, выделенных из крови, спинномозговой жидкости, мокроты, полученной от больных с бронхоэктазами, муковисцидозом.

Выявлена также большая частота изоляции этого биотипа от детей младше 1 года. Биотип II является наиболее распространенным среди штаммов, выделенных при различных инфекциях. К нему относятся как капсульные, так и нетипируемые штаммы, и зависимости частоты распространения этого биотипа среди изолятов из различных источников не выявлено. К биотипу III относятся изоляты, полученные из отделяемого глаз при конъюнктивитах. Биотип IV чаще вызывает инфекции женской половой сферы, перинатальные и неонатальные инфекционные заболевания.

б) Устойчивость к факторам внешней среды, к антибиотикам. Во внешней среде Н. influenzae нестабильны. Они погибают в течение 30 мин при температуре 55°С, под действием солнечных лучей и при высыхании. Дезинфицирующие растворы в обычно применяемых концентрациях убивают гемофильную палочку моментально.

Наиболее значимой, с клинической точки зрения, является проблема резистентности гемофильной палочки к аминопенициллинам за счет продукции β-лактамаз (ТЕМ-1 и ROB-1). Штаммы, продуцирующие β-лактамазы, обычно чувствительны к ингибиторозащищенным пенициллинам и цефалоспоринам II—IV поколений. В последние годы описаны β-лактамазонегативные амнициллинорезистентные штаммы (БЛНАР). Устойчивость к ампициллину у штаммов, не продуцирующих Р-лактамазы, обусловлена модификацией мишени действия этих антибиотиков — пенициллиносвязывающих белков в сочетании (или без) с активным выведением антибиотиков.

Бактерии Haemophilus influenzae: морфологические, культуральные, биохимические свойства

в) Антигенное строение. Антигенная структура бактерий рода Haemophilus, в частности Н. influenzae, наиболее опасного для человека и часто встречающегося вида, состоит из капсульных и соматических антигенов. М. Pittman более 70 лет тому назад определила наличие двух принципиально различных форм Н. influenzae — капсульной (инкапсулированной) и бескапсульной (или некапсульной, нетипируемой). Штаммы Н. influenzae, имеющие капсулу, в зависимости от ее полисахаридного состава подразделяются на 6 серотипов: a, b, с, d, е, f. Капсула является основным фактором вирулентности. Большинство инвазивных инфекций вызывается бактериями типа b (Hib). Серотипирование выделенных капсульных штаммов проводится при помощи сывороток к определенным типам.

Свойства соматических антигенов определяются структурой ЛПС. Анализ ЛПС 6 штаммов Н. influenzae, представляющих 6 известных капсульных серотипов, показал их сходство по качественному составу и различия в количественном соотношении компонентов, по их антигенной специфичности.

При изучении основных белков наружной мембраны (БНМ) было показано, что они обнаруживаются на поверхности как нетипируемых, так и Hib-штаммов. На долю БНМ Р2 с молекулярной массой 36-42 кД приходится половина белкового содержимого наружной мембраны (в опытах на животных защищает новорожденных крыс от инфекции). Белок Р4 (мол. масса 28-30 кД) важен для потребления клеткой НАД; мутанты, не имеющие Р4, не могут расти в аэробных условиях. Р5 (мол. масса 37-39 кД) имеет отношение к адгезии. Р6 (мол. масса около 16 кД) индуцирует бактерицидные антитела и защищает кроликов от развития среднего отита. Менее изучены БНМ 26 (мол. масса 26 кД) и D15 (мол. масса 103 кД).

г) Факторы патогенности. Основным фактором патогенности Н. influenzae является капсула. Она препятствует фагоцитозу бактерий и обеспечивает их выживаемость в кровяном русле. Наиболее инвазивными капсульными штаммами являются Н. influenzae типа b (Hib), капсула которых состоит из ПРФ. Следует отметить, что капсула других типов содержит гексозу, что, вероятно, и определяет их меньшую вирулентность.

Пили — перитрихиальные образования длиной около 450 нм и с мол. массой около 27 кД, обусловливают прикрепление бактерий не только к муцину, но и к клеткам эпителия, фибронектину и эритроцитам.

Пили затрудняют фагоцитоз и способствуют адгезии бактерий к слизистой оболочке верхних дыхательных путей (ВДП) с последующим проникновением в подслизистое пространство, что приводит к местной воспалительной реакции, а более вирулентные штаммы проникают в лимфо- и кровоток верхних дыхательных путей. Белки наружной мембраны и пили играют ведущую роль в формировании на поверхности клетки биологической пленки, являющейся эффективным способом преодоления факторов иммунитета.

К другим факторам, усиливающим колонизацию гемофильных бактерий, относятся липополисахаридный (доминирует в развитии септического шока) и термостабильный гликопротеиновый (повреждающий реснички и поверхность эпителия), а также IgA1-протеаза, инактивирующая секреторные антитела. Известно, что ДОС гемофильных бактерий активируют продукцию воспалительных цитокинов моноцитами. Исследователями была показана тесная корреляция между капсульным серотипом и типом IgAl-протеазы. Так, Н. influenzae серотипов a, b, d, f продуцировали IgAl-протеазу I типа, которую никогда не обнаруживали у бескапсульных штаммов. Для серотипов с и е характерен II тип IgAl-протеазы. Эти данные важны для таксономии Н. influenzae и при эпидемиологических исследованиях.

д) Биологические модели. Модели, адекватной заболеванию человека, не существует. Отдельные этапы инфекционного процесса можно изучать при заражении новорожденных крыс, отит моделируют у шиншилл. Известно, что мыши линии BALB/c довольно восприимчивы к нетипируемым штаммам гемофильной палочки.

- Читать далее "Клиника и патогенез гемофильной инфекции (H. influenzae, Hib)"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 19.1.2020

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.