Лептоспира (Leptospira): морфология, культуральные и биохимические свойства

Лептоспиры (греч. leptos — нежная, speira — спираль) являются возбудителями группы природно-очаговых нетрансмиссивных зоонозов, имеющих широкое распространение и представляющих серьезную медицинскую и ветеринарную проблему во многих странах мира.

Начало истории изучения лептоспирозной инфекции традиционно связывают с моментом клинического описания особой формы инфекционного гепатита — так называемой инфекционной желтухи и выделения ее в качестве самостоятельной нозологической формы немецким ученым Вейлем (A.Weil) в 1886 г. и спустя 2 года, в 1888 г., — учеником C.П.Боткина Н.П.Васильевым в России.

Лептоспиры впервые были описаны A.Stimson в 1907 г., выделены в чистой культуре от больных людей в 1914 г. в Японии (Inado, ldo 1915) и практически одновременно в Германии (Uhlenhuth и Fromme, 1915).

Первые случаи заболевания иктерогеморрагическим лептоспирозом (болезнью Вейля—Васильева) в СССР, подтвержденные выделением штаммов и идентификацией лептоспир, диагностированы в Киеве Б.Т. Базилевским (1928,1929). Он изолировал возбудителей той же серогрунпы от местных серых крыс, установив тем самым источник инфицирования людей.

Летом 1927 г. В. А. Башенин наблюдал крупную эпидемическую вспышку инфекционного заболевания среди участников покосов в заболоченной пойме реки Дубны (в те годы Сергиевский уезд Московской области), которое на основании клиникоэпидемиологических особенностей отнес к самостоятельной нозологической форме — «водной лихорадке».

Этиология этой вспышки была расшифрована в 1928 г. С.И. Тарасовым и Г.П. Эпштейном, выделившими из крови больного «водной лихорадкой» оригинальную лептоспиру — Grippotyphcsa.

В довоенные и послевоенные годы лептоспирозы были наиболее распространенными инфекциями с природной очаговостью на территории СССР и ежегодно исчислялись тысячами случаев среди людей и животных. Именно в этот период был заложен фундамент научных знаний по этиологии, эпидемиологии, эпизоотологии, природной очаговости лептоспирозов и разработаны методы их диагностики и профилактики.

Эти работы положили начало систематическому изучению лептоспир и лептоспирозов, которые и в настоящее время продолжают играть важную роль в патологии людей и животных. Массовость заболеваний среди населения, характерная для одних этиологических форм (Pomona, Grippotyphosa), и тяжелое течение с высокой летальностью, отличающее другие (Icterohaemorrhagiae и Canicola) формы, ставят эти инфекции в один ряд с особо опасными.

Лептоспира (Leptospira): морфология, культуральные и биохимические свойства

а) Морфологические, культуральные, биохимические и другие свойства. Клетки лептоспир имеют характерную спиралевидную конфигурацию и специфические локомоторные органеллы — периплазматические жгутики, расположенные между многослойной наружной оболочкой и протоплазматическим цилиндром, т.е. внутри, а не вне клетки, как у других эубактерий.

Типичная лептоспира представляет собой спиралевидное образование, обладающее характерной прямолинейной и ротационной подвижностью. В отличие от других спирохет концы клетки лептоспир изогнуты в виде крючков, которые придают им своеобразный вид, по которому они легко распознаются. В культурах некоторых штаммов, длительно культивируемых в лаборатории, большинство или все клетки имеют прямые концы (бескрючковые лептоспиры).

Длина лептоспиры в среднем составляет 6-20 мкм, а поперечник равен 0,1-0,16 мкм. В зависимости от длины число завитков спирали достигает 20. При продолжительном культивировании in vitro отдельные клетки могут превышать среднюю длину в 2-3 раза. Напротив, в патологическом материале клетки лептоспир значительно короче, чем в культуре, и более активно перемещаются в пространстве.

Лептоспиры способны проходить через мембранные фильтры со средним диаметром пор 0,22 мкм, что используется для очистки культур от посторонней микрофлоры в случае их контаминации.

Характер подвижности изменяется в зависимости от плотности среды, в которой обитают лептоспиры. В жидких средах они вращаются вдоль длинной оси при одновременном вращении обоих концевых крючков, совершают возвратно-поступательные движения в сторону, противоположную более энергично вращающемуся крючку, а также движения по кругу, при котором дугообразно изгибается все тело лептоспиры. Делящиеся клетки часто энергично и резко изгибаются в точке намечающегося деления. В полужидких, вязких средах (например, 0,1-0,2%-ный агар) лептоспиры в разнообразных направлениях пробуравливают толщу среды, утрачивая при этом типичную для этих микроорганизмов, обитающих в жидкой среде, спирально закрученную форму. При переносе в жидкую среду их типичная форма немедленно восстанавливается.

Своеобразная морфология и активная подвижность — существенные диагностические признаки представителей этого семейства.

Лептоспиры — грамотрицательные микроорганизмы. Плохо окрашиваются анилиновыми красителями. Живые неокрашенные лептоспиры полупрозрачны, так как слабо преломляют свет. Поэтому в лабораторной практике для исследования материалов, содержащих живые лептоспиры (моча, кровь, ликвор, взвеси из тканей органов, культуры и пр.) пользуются микроскопией в темном поле и редко — препаратами, импрегнированными серебром.

Лептоспиры — облигатные аэробы. Высшие жирные кислоты (14 или более атомов углерода) служат основным источником углерода и энергии, а также клеточных липидов, так как лептоспиры не способны синтезировать жирные кислоты de novo. Не ферментируют углеводы. Способны утилизировать неорганические соли аммония (но не аминокислоты) как главный источник азота, а также пуриновые, но не пиримидиновые основания. Поэтому лептоспиры резистентны к бактерицидному действию 5-фторурацила, который добавляют в селективные питательные среды для их выделения.

Для роста лептоспир также необходимы тиамин (витамин БД и цианкобаламин (витамин В12). Не являясь обязательным компонентом питательных сред, пируват стимулирует рост груднокультивируемых лептоспир некоторых сероваров.

С целью выделения культур из организма человека и животных, культивирования музейных и диагностических штаммов используют жидкие или полужидкие (0,2% агара) питательные среды, основным компонентом которых является нативная сыворотка кролика или барана (среды Терских, Фервоорта-Вольфа и др.), а также полусингетические твин-альбуминовые, в состав которых входит V фракция бычьего альбумина.

Лептоспиры — медленнорастущие микроорганизмы. При культивировании в жидких питательных средах при 30°С (температурный оптимум) их генерационное время варьирует в пределах 7-12 ч, а среднее накопление составляет всего 5х107— 108 клеток/мл. На 1%-ной агаровой среде лептоспиры образуют субповерхностные колонии. Однако при посеве на плотные среды генерационное время еще более продолжительное, чем при использовании жидких и полужидких сред. В связи с этим плотные питательные среды для культивирования лептоспир применяются только в экспериментальных целях, но не в практических лабораториях.

б) Устойчивость к факторам внешней среды. Лептоспиры — типичные гидрофилы. Важными условиями для их выживания во внешней среде являются повышенная влажность и pH в пределах 7,0-7,4. Экспериментально установлено, что в воде открытых водоемов и во влажной почве патогенные лептоспиры сохраняют жизнеспособность от 7 до 30 дней и более, а представители отдельных сероваров (grippotyphosa) — до 270 дней; на пищевых продуктах — от нескольких часов до нескольких дней.

При высушивании под воздействием прямого солнечного света и кипячении лептоспиры погибают практически моментально, а при нагревании до 56-58°С — в течение 25-30 мин. К низким температурам лептоспиры весьма устойчивы и остаются жизнеспособными после длительного замораживания во льду. Растворы 0,1%-ной соляной кислоты, 0,5%-ного фенола инактивируют лептоспиры в течение 20 мин, активный хлор в дозе 0,3-0,8 мг/л — после двухчасовой экспозиции.

Лептоспиры чувствительны к пенициллинам, тетрациклинам, макролидам, но естественно устойчивы к рифампицину и неомицину.

в) Факторы патогенности. Лептоспиры — внеклеточные паразиты. Полагают, что способность к проникновению возбудителей в организм хозяина и его дальнейшему распространению в органах и тканях определяется спиралевидной кофигурацией и активной подвижностью этих спирохет. Явление вискотаксиса — положительного таксиса клеток в направлении увеличения вязкости среды — впервые было описано на модели лептоспир. Это свойство позволяет микроорганизму перемещаться в благоприятное (в отношении его физиологических потребностей) место обитания.

Лептоспиры проявляют хемотаксис к гемоглобину, что также способствует активному поиску благоприятных условий существования. Патогенные лептоспиры продуцируют гемолизин, активный в отношении эритроцитов барана, в то время как гемолизин их сапрофитических двойников активен в отношении мышиных эритроцитов.

Продуцируют оксидазу, каталазу, уреазу. Отсутствуют доказательства наличия у лептоспир экзотоксинов, ферментов агрессии, сидерофоров. Вирулентные лептоспиры отличает от авирулентных цитоадгезивная активность в отношении нефротелия, причем мишенью для цитоадгезии служат структурные компоненты экстрацеллюлярного матрикса — фибронектин, ламинин и коллаген.

г) Биологические модели. Универсальной (для патогенных лептоспир различных сероваров) биологической модели острого лептоспироза не существует. Оптимальная модель для воспроизведения иктерогеморрагического лептоспироза — морские свинки массой 150-200 г, у которых заболевание протекает в первые дни с подъемом температуры до 40-41°С и резким падением веса. На 5-10-й день после парентерального введения высоковирулентного штамма появляется желтушная окраска склер, видимых слизистых оболочек и кожи.

Животные погибают через 12-48 ч после появления желтухи при явлении гипотермии. На вскрытии обнаруживается увеличение почек и геморрагии во внутренних органах, коже и подкожной клетчатке. Особенно типичны крупноточечные кровоизлияния в легочной ткани на общем ишемическом фоне («крылья бабочки»). К лептоспирам других серологических групп морские свинки менее восприимчивы и чувствительны.

Более универсальная модель для воспроизведения острого экспериментального лептоспироза — золотистые хомячки массой 25-40 г, высокочувствительные к лептоспирам сероваров canicola, copenhageni, icterohaemorrhagiae, monjakov, pomona и др.

У белых мышей и крыс при заражении лептоспирами клинические проявления инфекции, как правило, отсутствуют, но спустя 3-4 нед. развивается хроническое почечное лептоспироносительство с последующим продолжительным выделением лептоспир с мочой.

Примером животных, обладающих естественной резистентностью, могут служить взрослые кролики, которые в обычных условиях опыта не отвечают заболеванием на введение культур патогенных лептоспир даже в больших дозах, исчисляемых миллиардами клеток. Как правило, кролики используются для гипериммунизации с целью получения антисывороток к лептоспирам.

- Читать далее "Антигены и генетика лептоспир (Leptospira)"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 7.2.2020

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.