VIBRIO CHOLERAE: ХАРАКТЕРИСТИКА, МОРФОЛОГИЯ, СРЕДА ОБИТАНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Vibrio cholerae - это факультативная жгутиковая, грамотрицательная анаэробная бактерия. Этот вид является причиной холеры у человека. Это кишечное заболевание вызывает тяжелую диарею и может привести к смерти, если не лечить должным образом. Он вызывает более 100 000 смертей в год, в основном среди детей.

Холера передается через зараженную пищу и воду или при контакте от человека к человеку. Лечение включает регидратационную терапию и специфические антибиотики. Есть относительно успешные пероральные вакцины.

Vibrio cholerae под просвечивающим электронным микроскопом. Том Кирн, Рон Тейлор, Луиза Ховард - Дартмутский электронный микроскоп (http://remf.dartmouth.edu/imagesindex.html), через Wikimedia Commons

Общие характеристики

Vibrio cholerae - одноклеточный организм с клеточной стенкой. Клеточная стенка тонкая, состоит из пептидогликана между двумя фосфолипидными мембранами. Он обитает в водной среде, особенно в эстуариях и прудах, где обитает планктон, водоросли и животные. Известны два биотипа и несколько серотипов.

Биопленки

Бактерия входит в состав бактериопланктона в водоемах как в свободной форме (вибрионы), так и в тонких пленках (биопленках) на органических поверхностях.

Эти биопленки состоят из групп бактерий, окруженных водными каналами. Слипание биопленки возможно благодаря производству полисахаридов из внешней мембраны.

Гены

Vibrio cholerae имеет две хромосомы в виде плазмид. Патогенные породы несут гены, которые кодируют выработку холерного токсина (ХТ).

Кроме того, они включают гены так называемого фактора колонизации. Пилус совместно регулируется токсином (TCP) и регуляторным белком (ToxR). Этот белок совместно регулирует экспрессию CT и TCP. Часть генетической информации, кодирующей эти факторы патогенности, обеспечивается бактериофагами.

Геном

Его геном состоит из 4,03 Mb, распределенных в двух хромосомах неравного размера. Последовательность ДНК всего генома штамма V. cholerae O1 N16961 известна.

Организованные последовательности на хромосоме 1, по-видимому, ответственны за различные процессы. Среди них размножение ДНК, деление клеток, транскрипция генов, трансляция белков и биосинтез клеточной стенки.

На хромосоме 2 синтезируются рибосомные белки, которые отвечают за транспорт сахаров, ионов и анионов, метаболизм сахаров и восстановление ДНК.

Внутри этой бактерии было обнаружено не менее семи бактериофагов или нитчатых фагов. Фаги - паразитические вирусы бактерий. Фаг CTX вносит свой вклад в последовательность, которая кодирует синтез холерного токсина (CT). Это связано с лизогенным преобразованием,

Короче говоря, патогенность определенных штаммов Vibrio cholerae зависит от сложной генетической системы патогенных факторов. Среди них фактор колонизации пилуса, совместно регулируемый токсином (TCP), и регуляторный белок (ToxR), который совместно регулирует экспрессию CT и TCP.

Заражение

Когда люди потребляют зараженную пищу или воду, бактерии попадают в их пищеварительную систему. Достигнув тонкой кишки, он в массе прикрепляется к эпителию.

Попав туда, он выделяет токсин, вызывая биохимические процессы, вызывающие диарею. В этой среде бактерии питаются и размножаются, возвращаясь в окружающую среду с фекалиями. Воспроизводство его - двудольным.

Филогения и таксономия

Род Vibrio включает более 100 описанных видов. Из них 12 вызывают заболевания у людей. Он принадлежит к домену Bacteria, типу Proteobacteria (гамма-группа), отряду Vibrionales, семейству Vibrionaceae.

Vibrio cholerae - это вид, хорошо определенный биохимическими тестами и ДНК. Положительный результат на каталазу и оксидазу; и не ферментирует лактозу.

Итальянский врач Филиппо Пачини был первым, кто выделил бактерии холеры в 1854 году. Пачини дал ей научное название и определил ее как возбудителя болезни.

Известно более 200 серогрупп холерного вибриона, но на сегодняшний день токсичными являются только 01 и 0139. Каждую серогруппу можно разделить на разные антигенные формы или серотипы. Среди них - Огава и Инаба или различные биотипы, такие как классический и Тор.

Морфология

Холерный вибрион представляет собой палочку (палочковидные или палочковидные бактерии) длиной 1,5-2 мкм и шириной 0,5 мкм. Он имеет единственный жгутик, расположенный на одном из полюсов. Он имеет цитоплазматическую мембрану, окруженную тонкой стенкой пептидогликана.

Наружная мембрана имеет более сложную структуру, состоящую из фосфолипидов, липопротеинов, липополисахаридов и полисахаридных цепей.

Наружная мембрана выступает в направлении полисахаридных цепей, которые отвечают за способность бактерий к адгезии и образуют биопленки.

Кроме того, вместе с клеточной стенкой он защищает цитоплазму от солей желчных кислот и гидролитических ферментов, продуцируемых кишечным трактом человека.

Естественная среда

Он занимает две очень разные среды обитания: водную среду и кишечник человека. В свободном состоянии Vibrio cholerae процветает в теплой воде с низкой соленостью.

Может жить в реках, озерах, прудах, устьях или в море. Это эндемик в Африке, Азии, Южной Америке и Центральной Америке. Затем как паразит он обитает в тонком кишечнике человека.

Бактерия встречается даже на тропических пляжах, в водах с соленостью 35% и температурой 25 ° C.

О наличии патогенных холерных вибрионов сообщалось в засушливых зонах и на суше в Африке. Это указывает на то, что этот вид может выжить в гораздо большем диапазоне изменений среды обитания, чем считалось ранее.

Некоторые исследования показывают, что холерный вибрион - это дикая бактерия, обнаруженная в пресноводных водоемах тропических лесов.

Размножение и жизненный цикл

Будучи бактерией, она размножается путем двойного деления или двойного деления. Vibrio cholerae сохраняется в воде в виде свободных планктонных вибрионов или агрегатов вибрионов.

Агрегаты вибрионов образуют биопленки в фитопланктоне, зоопланктоне, массах яиц насекомых, экзоскелете, детрите и даже на водных растениях. Они используют хитин как источник углерода и азота.

Биопленки состоят из штабелированных бактерий, окруженных водными каналами, прикрепленных друг к другу и к субстрату за счет внешнего производства полисахаридов. Это тонкий студенистый слой бактерий.

Вибрионы окружающей среды попадают в организм через зараженную пищу или воду. Попадая в пищеварительную систему, бактерии колонизируют эпителий тонкой кишки.

Впоследствии вибрион связывается со слизистой оболочкой с помощью пилисов и специализированных белков. Затем начинается его размножение и выделение токсина холеры. Этот токсин вызывает диарею, в результате чего бактерии повторно попадают во внешнюю среду.

питание

Метаболизм этой бактерии основан на ферментации глюкозы. В свободном состоянии он получает пищу в виде углерода и азота из различных органических источников. Некоторые из них представляют собой хитин или углерод, выделяемый водорослями из фитопланктона.

Для усвоения железа вид производит сидерофор вибриобактин. Вибриобактин - это хелатирующее железо соединение, которое растворяет этот минерал, позволяя ему абсорбироваться активным транспортом.

В водной среде он выполняет важные функции, связанные с его питанием в экосистеме. Способствует реминерализации органического углерода и минеральных питательных веществ.

С другой стороны, он ядовитый. Все это отводит ему важную роль в составе бактериопланктона в микробных петлях или микробных пищевых сетях в водных экосистемах.

Vibrio cholerae осуществляет основные процессы переваривания пищи извне, посредством выделяемых веществ. Этот механизм похож на механизм других бактерий.

Этот вид воздействует на субстрат, вызывая растворение основных минеральных элементов для его питания, которые впоследствии усваиваются. Также при поиске и переработке пищи они атакуют другие бактерии. Они могут атаковать один и тот же вид, но не свой собственный штамм.

Чтобы убить другие бактерии, V. cholerae использует механизм, называемый системой секреции типа VI (T6SS). Эта система похожа на гарпун, который проникает через клеточную стенку других грамотрицательных бактерий, вызывая их гибель.

Таким образом, питательные вещества этих бактерий становятся доступными.T6SS подобен системе, используемой бактериофагами для инокуляции своей генетической информации в бактериальные клетки. Эта система, возможно, также используется холерным вибрионом для инокуляции своего токсина в эпителиальные клетки.

патогенез

Передача инфекции

Бактерии передаются фекально-оральным путем от человека к человеку через загрязненную воду, предметы или пищу. Холера взрывоопасна, когда возникает у населения без иммунитета.

В течение многих лет считалось, что основным путем передачи болезни является употребление загрязненной воды. Сегодня известно, что существуют продукты, которые могут быть транспортными средствами для передачи холерного вибриона. Некоторые из этих продуктов включают: моллюски, устрицы, мидии, креветки и крабы.

Чтобы заразить здорового человека, требуется высокая доза инокулята, около 10 ⁵ - 10 ⁸ бактерий. Однако ослабленным или истощенным людям достаточно гораздо меньшего количества инокулята. Инкубационный период заболевания составляет от 6 часов до 5 дней.

эпидемиология

Хотя имеется информация об эпидемиях холеры с 14 века, первые задокументированные пандемии датируются началом 19 века. Между 1817 и 1923 годами произошло по крайней мере шесть известных пандемий холеры, вызванных классическим биотипом холерного вибриона.

Эта серия пандемий началась в Индии, главным образом в дельте реки Ганг. Достигнув Ближнего Востока, он расширился оттуда до Европы. Еще один путь входа в Европу - Средиземное море через караваны из Аравии. Из Европы он попал в Америку.

С 1923 по 1961 год для этой болезни был период, свободный от пандемии, и были известны только местные случаи холеры. Начиная с 1961 года, он снова появляется с новым биотипом под названием Tor, который вызвал седьмую пандемию.

С 1990-х годов было идентифицировано более 200 серогрупп и атипичных форм Tor. В 1991 году произошла восьмая пандемия холеры. В настоящее время случаи холеры в основном ограничены регионами Африки к югу от Сахары, Индией, Юго-Восточной Азией и некоторыми районами Карибского бассейна. В этих регионах он стал эндемическим.

Форма действия

Бактерии продуцируют несколько токсинов, но классические симптомы диарейного обезвоживания вызывают энтеротоксин холеры (ТХ).

Он состоит из нетоксичной субъединицы B и ферментативно активной субъединицы A. Субъединица B действует на рецепторы эпителиальных клеток тонкой кишки. Субъединица А активирует аденилатциклазу.

Энтеротоксин связывается с клетками слизистой оболочки кишечника через бактериальные пили и вызывает диарею и обезвоживание, активируя фермент аденилатциклазу.

Это приводит к увеличению выработки внутриклеточного циклического аденозинмонофосфата, заставляя клетки слизистой оболочки перекачивать большое количество воды и электролитов.

Vibrio cholerae выделяет другие токсины, такие как ZOT и ACE. Они действуют путем нейтрализации клеток иммунной системы, которые способны устранять вибрионы (случай IgG). Они также могут нейтрализовать холерный энтеротоксин (в случае IgA).

Симптомы и лечение

Симптомы включают: гиповолемический шок, рвоту, диарею, ацидоз, мышечные спазмы, сухость кожи, стекловидность или запавшие глаза, учащенное сердцебиение, вялость и сонливость.

В эндемичных районах присутствие бактерий было обнаружено у людей, близких к людям, больным холерой. У пациентов отсутствуют видимые симптомы заболевания, что указывает на бессимптомное течение.

Холеру можно предотвратить, и существуют пероральные вакцины, эффективные против болезни до 60-66%. Однако вспышки могут быть вызваны природными явлениями или людьми. Это происходит из-за загрязнения воды или ограничения доступа к безопасной воде и санитарии.

Адекватная и своевременная регидратационная терапия может снизить смертность до менее 1%. Лечение антибиотиками может уменьшить выделение вибрионов. Однако ни одно из этих лечебных мероприятий не повлияло существенно на распространение болезни.

У взрослых обычно используются антибиотики из группы доксициклина и тетрациклина. Нитрофуран Фуразолидон применяют беременным. Детям рекомендованы сульфаметоксазол и триметоприм (СМЗ + ТМП).

Фундаментальным элементом борьбы с эпидемиями является надлежащее санитарное управление сточными водами и санитарными условиями в целом. В этом смысле холера - болезнь, связанная с условиями бедности.

Присутствие холерного вибриона в организме выявляется с помощью лабораторных тестов, таких как ПЦР, ELISA или использование селективных питательных сред.

Ссылки

1. Бейкер-Остин, К., Тринанес, Дж., Гонсалес-Эскалона, Н. и Мартинес-Уртаза, Дж. (2017). Нехолерные вибрионы: микробный барометр изменения климата. Trends Microbiol. 25, 76–84.
2. Фарук, С. М., Альберт, М. Дж., И Мекаланос, Дж. Дж. (1998). Эпидемиология, генетика и экология токсигенного холерного вибриона. Обзоры микробиологии и молекулярной биологии 62 (4); 1301-1314.
3. Фарук, С.М. и Г. Балакриш Наир, Великобритания (ред.). (2008). Vibrio cholerae. Геномика и молекулярная биология. Caister Academic Press. Бангладеш. 218 с.
4. Гласс Р.И., Блэк Р.Э. (1992) Эпидемиология холеры (стр. 129-154). В: Barua D., Greenough WB (eds) Cholera. Актуальные темы инфекционных болезней. Спрингер, Бостон, Нью-Йорк.
5. Керек, К. и Уотник, П.И. (2003). Экологические детерминанты развития биопленок холерного вибриона. Прикладная и экологическая микробиология. 69 (9); 5079-5088.
6. Перес-Росас, Н. и Хазент, Т.С. (1989). Выживание на месте холерного вибриона и кишечной палочки в водоразделе тропических лесов. Прикладная и экологическая микробиология. 55 (2): 495-499.
7. Цукерман, Дж. Н., Ромбо, Л. и Фиш, А. (2017). Истинное бремя и риск холеры: значение для профилактики и борьбы. Ланцет. Обзор инфекционных болезней. 7 (8): 521-530.