Условно-патогенные энтеробактерии: доминирующие популяции, биологические свойства, медико-экологическая значимость
Скачать 0.69 Mb.
|
Адаптационный потенциал условно-патогенных энтеробактерий, выделенных из различных источников (клинический материал и водные объекты) Изучение адаптационного потенциала условно-патогенных энтеробактерий, выделенных из разных источников (организм человека, внешняя среда), к различным условиям обитания, позволили выявить значительные различия по их ферментативной активности. В стрессовых условиях культивирования (различный температурный режим, разные питательные среды) энтеробактерии инициируют перестройку метаболических процессов, обеспечивающих их адаптацию. Так, у водных изолятов УПЭ активизация ферментов, способствующих выживанию во внешней среде (Mn-пероксидаза, каталаза, целлюлаза и др.) наблюдается при низких температурах. Например, наиболее высокая активность оксиредуктаз (каталазы, целлюлазы и Mn-пероксидазы) отмечалась при низкой температуре, а при воздействии высоких температур активность ферментов снижалась (рис.13).  Рис. 13. Изменение активности каталазы водных штаммов энтеробактерий при различных температурах культивирования Можно полагать, что высокие уровни активности каталазы требуются для детоксикации перекисей, выработке которых способствует возрастание растворимости кислорода и его доступности при низких температурах. У клинических штаммов, напротив, наибольший уровень каталазной активности отмечался при более высокой температуре. Так, если активность каталазы водного штамма P.mirabilis при 4°С составила 1,06 ед/мг, то при повышении температуры до 37°С наблюдалось снижение активности до 0,67 ед/мг. У клинического штамма P.mirabilis активность данного фермента, составлявшая при критически низкой температуре 0,46 ед/мг, при 30°С увеличилась до 1,07 ед/мг. Водный штамм K.pneumoniae обладал каталазной активностью только при температуре (0,44 ед/мг), а клинический штамм - только при 30°С (0,54 ед/мг) Синтез клиническими штаммами каталазы при более высоких температурах обеспечивает их адаптацию к условиям существования в организме хозяина. Бактерии, находясь во внутренней среде человека, вызывают его защитную реакцию: лейкоциты и макрофаги начинают продуцировать перекись водорода, направленную на уничтожение микроба. Фермент каталаза, являясь защитной системой бактерий, превращает лейкоцитарную перекись в воду (Деева И.Б., 2004). При этом, чем выше каталазная активность бактерий, тем эффективнее они защищаются от организма хозяина. Одним из ферментов жизнеобеспечения микроорганизмов является целлюлаза. Установлено, что у клинических штаммов целлюлаза обнаруживалась только при оптимальной температуре культивирования (37°С), а штаммы бактерий, выделенные из воды, проявили ферментативную активность при различных температурных режимах: от стрессового низкого до оптимального и субоптимального. Например, водный штамм E.cloacae продуцировал целлюлазу при оптимальной температуре (0,079 ед/мг), а P.mirabilis – при критически низкой температуре (0,06 ед/мг). У штамма E.aerogenes, также выделенного из воды, целлюлаза присутствовала при 24°С (0,048 ед/мг), 30°С ( 0,035 ед/мг) и 37 °С (0,039 ед/мг). Активность целлюлазы C.freundii проявилась при двух температурах культивирования: 30°С (0,958 ед/мг) и 37 °С (0,05 ед/мг). Также показано, что активность таких ферментов, как уреаза и липаза, у клинических штаммов энтеробактерий была выше аналогичных количественных показателей штаммов, выделенных из воды (табл.7). В организме хозяина уреаза приводит к сдвигу рН среды в очаге воспаления и способствует разрушению эпителиальных клеток, а липаза облегчает адгезию и проникновение в ткани. При существовании микроорганизма в воде необходимость в синтезе факторов вирулентности отсутствует. Таблица 7 Соотношение активности (ед/мг) липазы и уреазы водных и клинических штаммов условно-патогенных энтеробактерий
Культивирование микроорганизмов на различных питательных средах («голодная» среда и полная синтетическая среда Красильникова) показало, что клинические и водные изоляты УПЭ проявили разный уровень ферментативной активности на данных средах. У клинических штаммов ферментативная активность на полной синтетической среде была выше, чем на «голодной». Так, активность липазы клинического штамма C.freundii на полной среде при всех температурах культивирования превышала уровень активности данного фермента на «голодной» среде от 0,6 раз до 5 раз. Практически только на полной среде проявлял липазную активность клинический штамм P.mirabilis (4°С-0,74 ед/мг; 24°С-0,8 ед/мг; 30°С-0,86 ед/мг; 37°С-1,01 ед/мг). Аналогичные данные получены и в отношении оксиредуктаз. В частности, у C.freundii и P.mirabilis уровни Mn-пероксидазы на полной среде превышала аналогичные показатели на «голодной» среде в 3,5-9,8 раз. Водные изоляты, в отличии от клинических, обладали вариабельной активностью ферментов, часть из них были активны при выращивании на полной питательной среде (оксиредуктазы K.pneumoniae и C.freundii), другие - на «голодной» среде (липаза K.pneumoniae и P.mirabilis). Таким образом, проведенные исследования показали вариабельность ферментативной активности микроорганизмов в условиях различного температурного режима и состава питательных сред. В организме человека микроорганизмы вырабатывают ферменты, являющиеся защитной системой бактерий. При снижении температуры до значений, соответствующих температуре окружающей среды и изменении доступности питательных элементов наблюдается перестройка метаболических процессов в сторону оптимизации; метаболизм микроорганизмов переключается с характерного для паразитирования в организме человека на сапротрофный, способствующий выживанию во внешней среде. Одним из механизмов формирования фенотипической устойчивости является способность бактерий к развитию биопленочных сообществ. Роли биопленок в окружающей среде и организме хозяина в последние время уделяется особое внимание. Для условно-патогенных энтеробактерий, обитающих как в организме человека, так и в окружающей среде, способность к образованию биопленок является одной из возможностей выживания в различных условиях существования. Проведенные исследования показали, что способностью образовывать биопленки обладали как клинические (E.cloacae, C.freundii, P.mirabilis, E.aerogenes и K.pneumoniae), так и водные (E.coli, E.cloacae и E.aerogenes) штаммы условно-патогенных энтеробактерий, что отражает их высокий адаптационный потенциал. Следует отметить, что способность к образованию биопленок у штаммов, выделенных из разных источников, была различной. У клинических штаммов наибольшая способность к формированию биопленок (по уровню оптической плотности) была отмечена при температурах 37°С и 30°С; у водных штаммов - при 30°С и 24°С. При экстремально низкой температуре способность энтеробактерий образовывать биопленки снижалась, особенно у клинических штаммов. Так, при 4°С уровень адсорбции кристалвиолета этанолом в единицах оптической плотности соответствовал фону у штаммов E.cloacae, C.freundii и E.aerogenes. Обращает на себя внимание тот факт, что среди клинических штаммов условно-патогенных энтеробактерий способность к формированию биопленочных сообществ при всех температурах (в т.ч. при экстремально низкой) была выявлена только у K.pneumoniae, что может свидетельствовать о высоких адаптационных возможностях клебсиелл (рис.14 а). У других клинических штаммов энтеробактерий способность к образованию биопленок была выявлена только при 24°С , 30°С и 37° С (рис. 14 б) а) б)   Рис. 14. Образование биопленок клиническими штаммами энтеробактерий: а) K.pneumoniae; б) другие виды энтеробактерий Среди водных штаммов неспособность формировать биопленки при низких температурах была отмечена только у E.coli. Другие представители энтеробактерий, изолированные из воды (E.cloacae и P.mirabilis), обладали способностью к формированию биопленок при всех температурах (рис.15).  Рис. 15. Образование биопленок водными штаммами энтеробактерий Также следует отметить, что клинические изоляты характеризовались более высокой плотностью биопленок по сравнению с водными штаммами. Выявленная у водных и клинических штаммов УПЭ способность к образованию биопленочных сообществ является одной из стратегий выживания бактерий в различных условиях существования (организм человека и окружающая среда). Таким образом, проведенные исследования позволили выявить доминирующие и субдоминирующие популяции условно-патогенных энтеробактерий и обосновать их этиологическую (на модели ОКИ) и эколого-эпидемиологическую (водные экосистемы) значимость с учетом фено- и генотипических характеристик и адаптационных возможностей. Выводы 1. Основными представителями условно-патогенных энтеробактерий в структуре бактериальных ОКИ установленной этиологии являются бактерии родов Enterobacter, Proteus, Klebsiella и Citrobacter (класс субдоминант), характеризующиеся сменой вариантного и количественного состава в многолетнем аспекте. Данные виды энтеробактерий (а также E.coli) преобладают (с изменением степени доминирования) и в таксономическом спектре грамотрицательной составляющей микробиоценозов водных экосистем. 2. Патогенность условно-патогенных энтеробактерий, характеризующихся выраженной фенотипической неоднородностью, определяется свойствами конкретного штамма, а не видовой или родовой принадлежностью. Среди клинических штаммов УПЭ преобладают (p<0,01) изоляты, которым свойственно наличие двух (32,9±1,5%) и более (39,4±1,6%) маркеров, коррелирующих с патогенностью. 3. Клинические штаммы условно-патогенных энтеробактерий обладают фенотипическими маркерами (антилизоцимной, адгезивной, фосфатазной (40-50%), гемолитической и протеолитической (около 30%) активностью, а также продукцией ДНКазы (26,5±1,4%), способствующими реализации их патогенного потенциала и обеспечивающими их участие на различных этапах инфекционного процесса. 4. Условно-патогенные энтеробактерии, выделенные от больных ОКИ, несут генетические маркеры патогенности (23,4±3,2%), детерминирующие важные этапы взаимодействия возбудителя с клетками организма хозяина: адгезию, продукцию гемолизинов, размножение в тканях (hlyА, hlyВ, sfaA, sfaG, fimA, irp-2), свидетельствующие об их этиопатогенетической значимости. Наиболее широкий набор генетических маркеров патогенности выявлен у бактерий рода Klebsiella, доля которых в структуре ОКИ у детей в последние годы значимо возрастает. 5. В большинстве случаев генетические детерминанты патогенности обнаружены у культур, выделенных от детей до 3-х лет, у которых отмечен и самый широкий набор генетических маркеров. Дети данного возраста являются возрастной группой риска по тяжести течения ОКИ, которую во многом определяет наличие у клинического штамма генетических детерминант патогенности. 6. Популяция клинических штаммов условно-патогенных энтеробактерий гетерогенна по отношению к антимикробным препаратам и характеризуется значительным распространением антибиотикорезистентых штаммов (свойством полирезистентности обладают 54,9±1,2%, более трети микроорганизмов резистентны к двум-пяти препаратам, монорезистентны лишь 6,3±0,6% штаммов). Клинические штаммы энтеробактерий обладают более высоким (p<0,05) уровнем резистентности к ß-лактамным антибиотикам и низким – к фторхинолонам и аминогликозидам III поколения. 7. Условно-патогенные энтеробактерии, выделенные из водных объектов, характеризуются значимо более редкой (по сравнению с клиническими штаммами) частотой встречаемости исследованных фенотипических признаков, среди которых преобладают штаммы с одним маркером (41,3%). Биопрофиль водных штаммов УПЭ характеризуется преобладанием персистентных свойств, способствующих их выживанию в окружающей среде. В то же время в районах антропогенного загрязнения наблюдается изменение биологической активности УПЭ, определяя потенциальную опасность водной среды. 8. Водные штаммы условно-патогенных энтеробактерий характеризовались наличием генетических детерминанант патогенности, что свидетельствует об их потенциальной эпидемиологической опасности. Вместе с тем, частота их обнаружения была ниже (p<0,05) по сравнению с клиническими штаммами, отмечена встречаемостью только двух генов (hlyА, sfaG) и набор генетических детерминант не превышал одного маркера. 9. Условно-патогенные энтеробактерии, выделенные из водных объектов, в отличие от клинических, среди которых не обнаружены штаммы, чувствительные ко всем протестированным АМП, характеризовались принадлежностью (по индексам антибиотикорезистентности) к четырем кластерам (чувствительные, моно-, умеренно- и полирезистентные). Гетерогенность микробных популяций условно-патогенных энтеробактерий по антибиотикорезистентности отражает состояние микробиоценозов водных экосистем и может быть использована в качестве инструмента оценки при их биотестировании. 10. Содержание грамотрицательных условно-патогенных энтеробактерий в микробиоценозах водных экосистем определяет потенциальную опасность водного объекта, оказывая влияние на уровень антибиотикорезистентности штаммов. При повышении удельного веса УПЭ на 1% имеет место увеличение содержания антибиотикоустойчивых штаммов на 1,6% (rx,y= 0,7381; mr = ±0,131; p<0,01). 11. Для условно-патогенных энтеробактерий, изолированных от больных ОКИ и водных объектов, характерен выраженный адаптационный потенциал, реализуемый путем перестройки их ферментативной активности и образованием биопленочных сообществ, определяя способность выживания бактерий как в организме хозяев, так и в окружающей внешней среде. Практические рекомендации В отношении условно-патогенных энтеробактерий, выделяемых при острых кишечных инфекциях: - Для выявления смены таксономического и количественного состава условно-патогенных этиологических агентов острых кишечных инфекций и оценки их патогенности следует проводить анализ доминирования представителей данной группы с определением важнейших факторов патогенности. - Для подтверждения этиопатогенетической значимости условно-патогенных энтеробактерий, выделяемых при острых кишечных инфекциях, рекомендуется определение генов «островов» патогенности (hlyB, hlyA, sfaA, sfaG, fimA, irp-2). - Для выявления устойчивых к АПМ различных фармакологических классов и создания паспорта резистентности необходимо проводить мониторинг антибиотикорезистентности УПЭ, выделяемых при острых кишечных инфекциях. Для расширения возможностей, повышения информативности биотестирования циркуляции условно-патогенных энтеробактерий в водных экосистемах, выявления их потенциальной опасности целесообразен комплексный подход, отражающий следующие аспекты: - Оценка структуры микробиоценоза водных экосистем (доля условно-патогенных микроорганизмов); - Таксономическая характеристика условно-патогенной составляющей микробиоценоза, структурированность степени доминирования различных представителей УПЭ, оценка с использованием различных дополнительных показателей (видового разнообразия, индекс антибиотикорезистентности); - Оценка уровня распространенности и выраженности биологической активности и персистентного потенциала условно-патогенных энтеробактерий с анализом их популяционного биопрофиля; - Выявление генетических детерминант патогенности, ответственных за адгезивную, инвазивную активность и другие свойства, для определения потенциальной опасности УПЭ водных микробиоценозов; - Определение гетерогенности микробных популяций по показателю антибиотикорезистентности с позиции кластерной структурированности и оценка на ее основе состояния микробиоценозов водных экосистем. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Влияние климата на биологические свойства почв юга россии Обобщение результатов влияния климата на эколого-биологические свойства почв юга России 110 | | Контрольные вопросы по детским инфекционным болезням для студентов... ... |
| Контрольные вопросы по детским инфекционным болезням для студентов... ... |  | 1 Становление первобытного общества и первобытного врачевания России; философия; основные медико-биологические и клинические дисциплины. Программа разработана Российским Университетом дружбы... |
| 1 Становление первобытного общества и первобытного врачевания России; философия; основные медико-биологические и клинические дисциплины. Программа разработана Российским Университетом дружбы... | | Рабочая программа дисциплины медико-биологические основы безопасности... Целью освоения дисциплины является изучение причинно-следственных связей между качеством среды обитания и здоровьем человека, медико-биологических... |
| Общеобразовательное учреждение семёно-александровская средняя общеобразовательная школа Земле, обобщают и углубляют понятия об эволюционном развитии организмов. Полученные биологические знания служат основой при рассмотрении... | | Основные достижения иммунобиотехнологии Интерфероны. Природа, классификация, биологические свойства, перспективы применения |
| Рабочая учебная программа по экология популяций и сообществ Охватывает круг вопросов, связанных с принципами организации и функционированием двух надорганизменных биологических систем: популяции... | | Воздействие наночастиц на биологические объекты: токсический эффект Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие... |
| Пояснительная записка Основные цели и задачи курса. Целью дисциплины... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Пояснительная записка Основные цели и задачи курса. Целью дисциплины... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Рассмотреть важнейшие экологические характеристики популяции: территорию, которую она занимает, численность, возрастной и половой... | | Учебно-методическое пособие для студентов дневного отделения биолого-почвенного... Охватывает организмы, популяции, сообщества, в результате взаимодействия которых с окружающей средой (энергией и веществом) образуются... |
| Учебно-методический комплекс по мдк. 01. 01. Медико-биологические... Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Псковской области | | Медико-биологические аспекты конструирования биокератопротезного... Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Межотраслевой научно-технический комплекс «Микрохирургия глаза»... |
