Морфологические, культуральные и биохимические свойства пиогенного стрептококка (S. pyogenes)

Стрептококки представляют собой обширную группу грамположительных микроорганизмов, объединяющую облигагно патогенные, условно-патогенные бактерии и сапрофиты, адаптированные к обитанию в организме человека различных видов животных и растений. Содержание Г+Ц в ДНК — 33-42 мол%.

Из всех известных к настоящему времени видов стрептококка наибольший медицинский интерес представляют стрептококки вида Streptococcus pyogenes (от греч. — pyon — гной, genos — род, рождать), являющиеся облигатно патогенными микроорганизмами и имеющие убиквитарное распространение.

Пиогенный стрептококк, подобно всем другим видам стрептококков, имеет сферическую или овоидную форму, диаметр — 0,5-2,0 мкм. Плоскость деления клеток проходит всегда в одном направлении. Разделившиеся части остаются соединенными друг с другом, образуя цепочки разной длины.

Стрептококки спор не образуют, жгутиков не имеют. Некоторые клинические изоляты имеют капсулу. По Граму окрашиваются положительно.

Поверхность стрептококка покрыта множественными фимбриями, отчетливо видными при электронной микроскопии препаратов. Они состоят из М-протеина, липотейхоевых кислот, R- и Т-белков.

Центральную часть клетки с трептококков занимает цитоплазма и ядерный аппарат, окруженные цитоплазматической мембраной (ЦПИ), основным компонентом которой является бимолекулярный слой фосфолипидов.

Наружную поверхность мембраны покрывает не связанная с ней клеточная оболочка, состоящая из трех слоев: пептидогликанового, полисахаридного и протеинового.

Пептидогликан стрептококков, как и других грам положительных микроорганизмов, представляет собой полимер, образованный повторяющимися комплексами N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмураминовой кислоты, соединенных между собой β-1,4-гликозидными связями. По своему функциональному значению пептидогли-кановый слой выполняет роль скелета стрептококковой клетки, обеспечивая сохранение постоянства присущей ему формы. Антибиотики могут нарушать синтез пептидогликана, что приводит к формированию L-форм стрептококков. Эти формы могут длительно персистировать в макроорганизме, вызывая патологические изменения и иммунопатологические сдвиги.

Средний слой представлен группоспецифическим полисахаридным антигеном (С-субстанция), описанным впервые Р. Ленсфильд и используемым ею для серологического группирования стрептококков. S. pyogenes отнесен ею к серологической группе А, его серологическая специфичность детерминирована цепочками рамнозы.

По своему составу этот полисахарид представляет собой комплексное соединение N-ацетил-О-глюкозамина с L-рамнозой с молекулярной массой 10 000. Он заполняет не только пространство между внутренним и наружным слоями клеточной стенки, но и выходит на поверхность микробной клетки в виде коротких многочисленных выростов.

Наружный слой клеточной стенки стрептококка содержит около 40 белковых компонентов, гетерогенных по молекулярной массе. К их числу принадлежат М, R, Т, F и другие белки-рецепторы, являющиеся важными антигенами. Из них основное внимание исследователей привлекает М-протеин, известный как типоспецифический антиген для стрептококков серогруппы А и как главный фактор вирулентности этой группы.

Пиогенный стрептококк (Streptococcus pyogenes)

М-белки различных штаммов состоят из 17-18 различных аминокислот, среди которых наиболее часто встречаются глутаминовая кислота, аланин, лейцин, лизин, аспарагиновая кислота и треонин. М-протеин расположен непосредственно под капсульным слоем, состоит из двух полипептидных цепей, соединенных в α-спиральную конфигурацию, похожую на канат, торчащий над поверхностью клетки в виде фимбрии. Длинный суперспиральный участок занимает среднюю часть молекулы. Предполагают, что он состоит из блоков, содержащих фрагменты повторяющихся единиц, и последовательность аминокислот в этих блоках у М-протеинов различных типов является строго постоянной.

Внутренний (стабильный) С-концевой фрагмент этой молекулы «заякорен» в цитоплазматической мембране. С-концевые фрагменты у разных типов стрептококков идентичны, прочно удерживают М-протеин в клеточной мембране и стабилизируют его в клеточной стенке. С наружной стороны к срединному участку суперспирали примыкает выступающий над поверхностью клетки фрагмент с N-концом, который состоит из 11 аминокислотных остатков, уникальных для каждой молекулы М-протеина, что используется при серотипировании стрептококков. N-концевой участок имеет отрицательный заряд; это может препятствовать контакту между стрептококком и фагоцитами, поверхность которых также заряжена отрицательно, за счет сил электростатического отталкивания. На рисунке ниже представлена модель стрептококкового М-протеина.

Все другие рецепторы клеточной стенки (Т-, R-, F-протеины и др.) связаны с пептидогликановым слоем.

В поперечном направлении пептидогликановый слой прошит тейхоевыми (ТК) и липотейхоевыми кислотами (ЛТК), которые через фосфорный диэфир связаны с пептидогликаном. ЛТК имеют липидные «хвостики», которые закреплены в гидрофобной области цитоплазматической мембраны. Цепочки ТК и ЛТК связывают воедино все три слоя клеточной стенки и через поры в пептидогликане выступают над поверхностью клеточной стенки, участвуя в образовании фимбрий.

Широкое распространение и большое разнообразие ЛТК в клеточной стенке грамположительных микроорганизмов указывает на важность этих природных соединений в жизнедеятельности клеток. Исследование функциональных свойств ЛТК подтверждает это предположение.

ЛТК, экспрессируемая всеми исследованными штаммами S. pyogenes, является, вероятно, главным адгезином, обеспечивающим первоначальную адгезию стрептококков группы А к эпителиальным клеткам полости рта. Микробные клетки несут на своей поверхности отрицательный заряд, плотность которого значительно выше плотности окружающей среды. Определяют его карбоксильные группы пептидогликана, протеина М, но главным образом фосфатные группы ЛТК.

Электроотрицательные свойства клеточной поверхности стрептококков способствуют отталкиванию клеток друг от друга, создавая условия для их распространения в инфицированном организме. Кроме того, содержание большого числа фосфатных групп в полимерах ТК и ЛТК определяет их способность связывать катионы, защищая таким образом клетку стрептококка от токсического воздействия металлов и обеспечивая сохранение нормального баланса бивалентных металлов для нормальной жизнедеятельности микроорганизма. Возможно, это и является главной функцией ТК и ЛТК.

Клинические изоляты стрептококков серологических групп А и С содержат капсулу из гиалуроновой кислоты. Гиалуроновая кислота представляет собой высокомолекулярный линейный полимер, состоящий из повторяющихся единиц D-глюкуровой кислоты и N-ацетглюкозамина.

Морфологические, культуральные и биохимические свойства пиогенного стрептококка (S. pyogenes)
Фрагмент микрофотографии стрептококка. Видны фимбрии, покрывающие поверхность клеточной стенки.

В лабораторных условиях при культивировании стрептококков in vitro на плотных кровяных средах максимальное образование капсульного вещества наблюдается в логарифмической фазе роста. При переходе в стационарную фазу они постепенно утрачивают капсулу.

По своей химической природе капсулярный материал стрептококков группы А идентичен основной субстанции соединительной ткани организма человека и не может обладать антигенной активностью, так как не распознается иммунной системой как чужеродный. Этим объясняется способность высокого противостояния стрептококков фагоцитозу в инфицированном организме (явление мимикрии). Капсула защищает микробную клетку от лизиса вирулентными фагами, так как экранирует соответствующие бактериальные рецепторы. Однако она не защищает их от умеренных бактериофагов, поскольку последние обладают собственной гиалуронидазной активностью.

Пиогенные стрептококки — наиболее частые возбудители местных и генерализованных инфекций у человека являются хемоорганотрофами. По характеру дыхания они относятся к факультативным анаэробам. Многие штаммы для наиболее интенсивного роста нуждаются в присутствии двуокиси углерода (CO2). Оптимальная температура роста 36(±1)°С при диапазоне температур 10-45°С.

Стрептококки требовательны к питательным средам и условиям культивирования. Обычно растут на жидких и плотных средах, содержащих мясной экстракт, с добавлением пептонов, углеводов, сыворотки крови при pH 7,2-7,4, что поддерживается введением буферных систем. Рост на бульоне проявляется крошковатым пристеночным и придонным осадком.

Для первичного посева клинического материала при выделении стрептококков пользуются 5% кровяным агаром. В агаровую основу вносят овечью, лошадиную или кроличью кровь. Кровь человека для приготовления питательных сред не рекомендуется, так как в человеческой крови часто находятся протективные антитела к М-белку, которые могут соответствовать типу стрептококка, находящегося в исследуемом клиническом материале.

Кроме крови в состав питательных сред вводят буферные системы, предотвращающие смещение pH в период роста микроорганизмов. На кровяном агаре стрептококки дают два типа гемолиза эритроцитов:

- β-гемолиз — полный лизис эритроцитов. В окружении колоний стрептококка образуется прозрачная зона, ширина которой варьируется от едва заметного ободка до ореола, в 3-4 раза превышающего диаметр находящейся в центре колонии;

- α-гемолиз, характерен для зеленящих стрептококков. Они дают зеленовато-серый или коричневый ореол вокруг колоний, где гемоглобин эритроцитов преобразован в метгемоглобин.

При отсутствии видимого гемолиза, когда стрептококки интактны к эритроцитам, питательная среда вокруг колоний не претерпевает каких-либо внешних изменений. Такие стрептококки называют у-гемолитическими (негемолитическими).

Наряду с разнообразием проявлений гемолитических свойств, стрептококки серологических групп А, С и G различаются типом колоний, произрастающих на агаре.

Морфологические, культуральные и биохимические свойства пиогенного стрептококка (S. pyogenes)
Предполагаемая модель стрептококкового М-протеина.

Выделяют три основных типа колоний:

- мукоидные (слизистые) — круглые крупные колонии, достигающие 1,5-2,0 мм в диаметре, при обычном росте часто сливаются друг с другом. Отдельные колонии выглядят как капли воды. Формируют такие колонии свежевыделенные вирулентные изоляты стрептококков, синтезирующие большое количество гиалуроновой кислоты для построения капсул, и имеющие М-протеин. При соприкосновении с петлей имеют вязкую консистенцию;

- матовые колонии (matt-формы, постмукоидные) — сухие плоские непрозрачные с неровным краем и шероховатой поверхностью, иногда имеют приподнятый центр. Характерны для свежевыделенных вирулентных изолятов, содержащих М-протеин, но не имеющих капсулы. Структура их поверхности напоминает цветок маргаритки;

- глянцевые колонии (glossy-формы) — колонии диаметром 0,1-0,3 мм куполообразной формы с блестящей поверхностью. Такие колонии обычно образуют авирулентные лабораторные штаммы стрептококков.

Связь между формой колоний и продукцией М-протеина не является абсолютной, и возможны значительные вариации этих двух признаков.

Метаболизм у стрептококков ферментативный с выделением при расщеплении сахаров (глюкозы, мальтозы, лактозы, маннита, сахарозы, салицина, грегалозы) главным образом молочной кислоты без газообразования. Они не ферментируют инулин (полимер фруктозы), крахмал, гиппурат, свертывают молоко, не разжижают желатин, не восстанавливают нитраты в нитриты, растворяют фибрин, не лизируются в желчесодержащих средах. Каталазо- и оксидазоотрицательны. Выделяют около 20 ферментов, определяющих патогенность.

- Читать далее "Устойчивость пиогенного стрептококка (S. pyogenes) к факторам внешней среды"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 13.11.2019

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.