Leptospira

Leptospira
Ilustracja
Leptospira interrogans - obraz z mikroskopu elektronowego
Systematyka
Królestwo bakterie
Typ Spirochaetes
Klasa Spirochaetes
Rząd Spirochaetales
Rodzina Leptospiraceae
Rodzaj Leptospira

Leptospira (gr. leptos czyli cienki, łac. spira czyli spiralny) – rodzaj bakterii Gram-ujemnych, należących do grupy krętków. Dzielą się na gatunki pasożytnicze, saprofityczne oraz takie, które posiadają cechy obu.

Drobnoustroje mają od 6 do 20 mikrometrów długości. Posiadają dwie rzęski na obu końcach, dzięki czemu możliwe jest ich poruszanie. Są bakteriami tlenowymi. Rosną na wzbogaconych podłożach. Najlepsza temperatura do ich wzrostu to 28–30 °C.

Ich nosicielami są zwierzęta, najczęściej gryzonie lub inne małe ssaki. Gatunki pasożytnicze wywołują leptospirozy, w których dochodzi uszkodzenia śródbłonka naczyń włosowatych i w rezultacie do uszkodzenia płuc, serca, nerek i rzadziej innych narządów. Przebieg choroby z żółtaczką jest nazywany zespołem Weila, od nazwiska Adolfa Weila, który po raz pierwszy opisał to schorzenie. Bakterie te zostały po raz pierwszy opisane w 1907.

Historia

Niemiecki lekarz, Adolf Weil, w 1886 opisał zespół uszkadzający narządyleptospirozę[1][2][3]. Mikroorganizm wywołujący chorobę został po raz pierwszy zauważony i opisany w 1907 w nerce pacjenta zmarłego na żółtą gorączkę[4]. Kolejne opisy krętków pojawiały się około 1915 w Japonii oraz w Niemczech[3][5], a także podczas I i II wojny światowej, przy okazji leptospiroz pojawiających się u żołnierzy, którzy m.in. pili brudną wodę. Uważa się również, że Leptospira była powodem endemicznej choroby wśród Indian w Nowej Anglii, w latach 1616–1619[2][6].

Struktura

Leptospira sp. widziana w mikroskopie skaningowym.

Leptospiry to cienkie, spiralne krętki[1][6][7]. Mają od 6 do 20 mikrometrów długości[1][8][9] i 0,1 mikrometra szerokości[2][10][9]. Zdarzają się również dłuższe osobniki[2][8]. Posiadają haczyk na jednym lub obu końcach[7][9]. Nadaje im to charakterystyczny kształt znaku zapytania[1]. Ruch jest możliwy dzięki dwóm perisplazmatycznym rzęskom[11], które rozciągają się na całej długości bakterii i zakotwiczają się na jej końcach[1][7][9]. Niektóre zmutowane leptospiry mogą nie posiadać rzęsek[9]. Białka krętków wykazują zdolności adhezyjne do macierzy zewnątrzkomórkowej komórek gospodarza[9].

Komórki leptospir mają cechy zarówno bakterii Gram-dodatnich jak i Gram-ujemnych. Do tych pierwszych należy ścisłe połączenie błony komórkowej z mureiną, zawartą w ścianie komórkowej. Do tych drugich należy obecność lipopolisacharydu[6][9] oraz błony zewnętrznej[1].

Genom

Genom zawiera od 3,9 do 4,6 Mpz. Składa się z dwóch chromosomów, nazwanych rzymskimi cyframi I oraz II. U niektórych wykryto plazmid nazwany p74, którego nie ma w leptospirach patogennych[1]. Zawiera dwa zestawy 16S i 23S rRNA i jeden gen 5S[5]. Do określania sekwencji genomu służy m.in. VNTR i MLST[12].

Fizjologia

Krętki te są obligatoryjnymi tlenowcami[6][7][8]. Optymalna temperatura do ich wzrostu to 28–30 °C[6][8][10]. Rosną na podłożach wzbogaconych[10] witaminami np. B2 lub B12, kwasami tłuszczowymi oraz solami amonowymi i kwasami amonowymi[1][7]. Kwasy tłuszczowe są jedynym źródłem węgla i są metabolizowane poprzez beta-oksydację[1][5]. Można też wyhodować leptospiry z materiału pobranego od chorego[7].

Minimalna temperatura do wzrostu patogennych leptospir wynosi 13-15 °C. Saprofityczne krętki mogą wzrastać już przy temperaturze ok. 5 °C[13]. Są wrażliwe na wysoką temperaturę, wysychanie oraz na środki dezynfekujące[14].

Mają zdolność do tworzenia biofilmu. Dzięki tej zdolności mogą łatwiej przystosować się do warunków panujących u gospodarza, czy tych w wodzie[1]. Leptospiry posiadają sfingomielinazy, hemolizyny oraz poryny[9].

Systematyka Leptospira

Leptospira obserwowana w mikroskopie z ciemnym polem

Rodzaj Leptospira razem z rodzajami Turneria oraz i Leptonema zalicza się do rodziny Leptospiraceae[9].

Obecnie stosuje się podział oparty na fenotypie. Jest on stosowany od 1989[5]. W przeszłości o klasyfikacji stanowił genotyp. Istniał wówczas podział na dwie podgrupy: Leptospira interrogans, która obejmowała wszystkie gatunki chorobotwórcze, oraz Leptospira bifleksa, łącząca wszystkie te, które nie powodowały chorób[1][8].

Wszystkie odkryte gatunki Leptospira zostały podzielone na 25 serogrup oraz 300 serotypów[1].

W 2002 Komisja Taksonomii Leptospir Międzynarodowej Unii Stowarzyszeń Mikrobiologów (International Union of Microbiological Societies) ustaliła zapis dla poszczególnych gatunków tej rodziny krętków[9].

W oparciu o analizę filogenetyczną podzielono gatunki na trzy grupy: patogenną, saprofityczną (nie jest patogenna dla ludzi) oraz grupę o cechach pośrednich[1].

Gatunki patogenne

  • L. interrogans
  • L. kirschneri
  • L. borgpeterseni
  • L. noguchi
  • L. alstoni
  • L. weilii
  • L. alexanderi
  • L. santarosai[1][9]
  • L. canicola
  • L. autumnalis
  • L. hebdomadis
  • L. hardjo[15]
  • L. kmetyi
  • L. meyeri
  • L. inadai
  • L. fainei
  • L. genomspecies 1[9]

Gatunki saprofityczne

  • L. biflexa
  • L. vantielii
  • L. wolbachii
  • L. terpstrae
  • L. kmetyi
  • L. yanagawa[1]
  • L. meyeri
  • L. genomspecies 3
  • L. genomspecies 4
  • L. genomspecies 5[9]

Gatunki o cechach pośrednich

  • L. licerasiae
  • L. inadai
  • L. wolffii
  • L. fainei
  • L. broomi[1][9]

Epidemiologia

Krętki te występują powszechnie na całym świecie[14]. Zakażają dwa rodzaje gospodarzy: organizmy stanowiące rezerwuar bakterii (u których bakteria zazwyczaj nie powoduje żadnych zmian chorobowych)[1] lub gospodarzy przypadkowych. Endemiczne zakażenia, które mają charakter przewlekły, dotyczą gatunków, które są naturalnymi rezerwuarami. Najczęściej są nimi gryzonie lub inne małe ssaki[15]. Mogą to być również konie, świnie oraz bydło[1][6][8]. Obecność leptospir u tych zwierząt nie daje zazwyczaj żadnych objawów. Bakterie kolonizują kanaliki nerkowe i są wydalane z moczem w znacznych ilościach. Prowadzi to do skażenia wód, wilgotnej gleby oraz roślin. W środowisku zewnętrznym krętki te mogą przeżyć do 6 tygodni. Zanieczyszczona woda, rośliny lub gleba mogą stać się źródłem zakażenia dla przypadkowych gospodarzy, którymi mogą być psy, ludzie lub zwierzęta hodowlane[2][6][15]. Szczególnie często gospodarzem dla Leptospira są przedstawiciele myszowatych[8]. U ludzi infekcja jest zazwyczaj spowodowana aktywnością rekreacyjną lub kontaktem z zakażonymi zwierzętami[2][7][10].

Patogeneza

Osobny artykuł: Leptospirozy.
Tkanka nerki wybarwiona srebrem z bakteriami Leptospira

Leptospiroza zwykle przebiega jako choroba uogólniona infekcja, która u części chorych ma potencjalnie ciężki przebieg[16]. Patogenne krętki mogą powodować subkliniczne zakażenie z występującą gorączką, przypominające grypę[3]. Ciężka postać układowa nazywana zespołem Weila przebiega z uszkodzeniem nerek, wątroby, żółtaczką, niedokrwistością, gorączką i zaburzeniami świadomości[16]. Występują również krwotoki[1][10]. Często prowadzi ona do śmierci. Na przebieg choroby wpływ mają liczba i wirulencja leptospir oraz stan kliniczny i immunologiczny chorego[7][8].

Ruchliwe, cienkie leptospiry mogą przedostawać się do organizmu poprzez nieuszkodzone błony śluzowe lub przez uszkodzenia na skórze. Możliwą drogą infekcji jest również inhalacja[1]. Następnie krętki z miejsca inokulacji rozprzestrzeniają się drogą krwionośną do tkanek organizmu. Mogą też przedostać się do centralnego układu nerwowego[7][8][10].

Zazwyczaj bakterie te namnażają się w bardzo szybkim tempie, uszkadzając śródbłonek małych naczyń. Uszkodzenie naczyń może doprowadzić do krwotoków z płuc, uszkodzenia nerek i wątroby[16]. W pierwszych kilku dniach od wniknięcia leptospir można je izolować z krwi oraz płynu mózgowo-rdzeniowego. W późniejszym okresie izolacja jest możliwa z moczu[1][7][10].

W odpowiedzi na zakażenie powstają swoiste przeciwciała, które usuwają leptospiry z organizmu. Występują jednak przypadki, w których pomimo oczyszczenia z bakterii w organizmie rozwijają się dalsze kliniczne objawy choroby. Przykładem tego może być zapalenie opon mózgowych, utrzymujące się, mimo nieobecności w płynie mózgowo-rdzeniowym leptospir, które są jednak są wykrywane w moczu w postaci kompleksów z przeciwciałami[7].

Diagnostyka

Badanie mikroskopowe

Leptospir nie można zaobserwować w mikroskopie świetlnym. Metoda Grama czy srebrzenie również nie pozwala wykryć tych krętków. Badanie mikroskopem z ciemnym polem widzenia[8][10] jest nieczułe oraz nieswoiste, co ogranicza jego zastosowanie w diagnostyce. Pomimo tego, że leptospiry w początkowej fazie infekcji obecne są we krwi, bardzo łatwo pomylić je z włóknami białek uszkodzonych erytrocytów. Do znalezienia bakterii można zastosować swoiste przeciwciała znakowane fluoresceiną[7].

Hodowla

Krętki można hodować na specjalnych podłożach[8] płynnych, stałych lub półpłynnych[1] np. podłożu Flechtera lub podłożu EMJH[1][9]. Hodowlane leptospiry rosną bardzo wolno. Czas podziału komórki wynosi od 6 do 16 godzin. Wymagają około 4 miesięcznej inkubacji w temperaturze 28-30 stopni. Jednak mimo to niektóre posiewy są dodatnie już po upływie dwóch tygodni[7][10].

Leptospiry można izolować do hodowli, zgodnie z przebiegiem zakażenia, najpierw z krwi oraz płynu mózgowo-rdzeniowego, a później z moczu, gdzie są obecne nawet do 3 miesięcy. W związku z tym, że ilość leptospir w krwi oraz płynie mózgowo-rdzeniowym jest niewielka, zaleca się, by do oceny pobierać kilka próbek. Obecne we krwi oraz w moczu inhibitory wzrostu mogą znacząco opóźniać lub z całkowicie uniemożliwić izolację bakterii. Pobrany mocz musi przed badaniem zostać zneutralizowany, do uzyskania obojętnego pH wynoszącego około 10, a następnie zagęszczony poprzez proces odwirowania. Na podłoże nanosi się kilka kropel osadu z obrobionego moczu. Wzrost kolonii jest kontrolowany przez mikroskop z ciemnym polem widzenia[7].

Diagnostyka molekularna

Badania mające na celu wykrycie leptospir w materiale pobranym za pomocą sond molekularnych od chorych małą przydatność[7].

Techniki amplifikacji kwasów nukleinowych, mimo że są skuteczniejsze, nie są obecnie dostępne do rutynowej diagnostyki. Do metod tych zalicza się m.in. PCR[15][7].

Testy serologiczne

Z powodu stosowania specjalnych podłoży hodowlanych oraz długiego czasu wzrostu bakterii, stosuje się w celu diagnostyki testy serologiczne, wykrywające przeciwciała. Jedną z tych metod jest test mikroskopowej aglutynacji[6][15][9]. Bada on zdolność surowicy chorego do aglutynacji krętków[1]. Ponieważ test ten wykrywa przeciwciała swoiste dla różnych serotypów Leptospira, laboratorium przeprowadzające badanie powinno posiadać wszystkie serotypy tych krętków. Badaną surowicę miesza się z antygenami, czyli zawiesiną z żywych bakterii. Zachodzący proces aglutynacji obserwowany jest pod mikroskopem. Aglutyniny we krwi osób zainfekowanych leptospirami pojawiają się zazwyczaj po około 7 dniach. Czasem jednak mogą minąć nawet 3 miesiące. Podczas leczenia antybiotykami poziom swoistych przeciwciał może spaść do wartości niediagnostycznych lub nieoznaczalnych[7].

Przeciwciała mogą utrzymywać się w organizmie, w którym doszło do ostrego zakażenia, przez kilka lat. Ich obecność wskazuje na zanikającą odpowiedź humoralną lub pozostałość po niezdiagnozowanym i nieleczonym zakażeniu[7].

Alternatywą dla testów serologicznych, w diagnostyce leptospir, są: test pośredniej hemaglutynacji, test ELISA[1][9] czy test aglutynacji szkiełkowej. Muszą one jednak zostać potwierdzone dodatnim wynikiem hodowli lub testu mikroskopowej aglutynacji[7].

Leczenie

W ciężkich przypadkach wykorzystuje się dożylnie benzylopenicylinę[8][10][17] lub ampicylinę[16]. W lżejszych przypadkach stosuje się też doksycyklinę lub ampicylinę. Skuteczność wykazują również cefalosporyny III generacji i azytromycyna[16]. W leczeniu objawowym wyrównuje się zaburzenia wodno-elektrolitowe, dializoterapię w ostrej niewydolności nerek i leczenie przeciwgorączkowego[16]. Jeśli występuje nadwrażliwość na penicyliny, podaje się wówczas tetracykliny[10][16]. Doksycyklina jest również stosowana w leczeniu profilaktycznym u osób narażonych na ekspozycję leptospir[7].

Stosowane są również szczepienia przeciw leptospirom[6][7]. Początki prac nad nimi sięgają 1916. Stwierdzono wówczas, że podanie martwych krętków chroni przed infekcją[1]. Obecnie ich stosowanie jest jednak bardzo ograniczone, ponieważ występuje dużo skutków ubocznych. Szczepionka jest też skuteczna tylko przeciw serotypom w niej zawartym. Pojawienie się innego serotypu nie daje odporności organizmu, nawet w przypadku zastosowania szczepionki poliwalentnej[1].

Oporność

Leptospiry są wrażliwe na większość antybiotyków. Nie wykazują swoistej oporności dla swojego rodzaju. Mogą być oporne na te antybiotyki, na które jest oporna cała grupa bakterii Gram-ujemnych[14].

  1. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa B. Fiecek, S. Tylewska-Wierzbanowska: Krętki Leptospira spp. – chorobotwórczość i diagnostyka zakażeń. pm.microbiology.pl. [dostęp 2016-12-06].
  2. a b c d e f Leptospira czyha w wodzie. sporothrix.worldpress.com. [dostęp 2016-12-06].
  3. a b c J. M. Alston, H. C. Brown. The Epidemiology of Weil's Disease. „Journal od the Royal Society of Medicine”. s. 741- 756. PMCID: PMC2076401. 
  4. A. M. Stimson. Note on an Organism Found in Yellow-Fever Tissue. „Public Health Reports”. s. 541. DOI: 10.2307/4559008. 
  5. a b c d P. N. Levett. Leptospirosis. „Clinical Microbiology Reviews”. s. 296-326. PMID: PMC88975. 
  6. a b c d e f g h i J. Santiago: Leptospirosis. austincc.edu. [dostęp 2016-12-08].
  7. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u Pattrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller: Mikrobiologia. Wrocław: Elsevier Urban & Partner, 2013, s. 402–405. ISBN 978-83-7609-294-2.
  8. a b c d e f g h i j k l Fritz H. Kayser, Kurt A. Bienz, Johannes Eckert, Rolf M. Zinkernagel: Mikrobiologia lekarska. Warszawa: PZWL, 2007, s. 299-301. ISBN 978-83-200-3154-6.
  9. a b c d e f g h i j k l m n o p q Z.Gliński, K. Kostro. Leptospiroza – groźna choroba zwierząt i zoonoza. . 
  10. a b c d e f g h i j k Gabriel Virella: Mikrobiologia i choroby zakaźne. Wrocław: Elsevier Urban & Partner, 1999, s. 210-212. ISBN 978-83-85842-59-0.
  11. M. Picardeau, A. Brenot, I. Saint Girons. First evidence for gene replacement in Leptospira spp. Inactivation of L. biflexa flaB results in non-motile mutants deficient in endoflagella.. „Molecular microbiology”. PMID: 11298286. 
  12. G. M. Cerquiera, M. Picardeau. A century of Leptospira strain typing.. „Journal of molecular epidemiology and evolutionary genetics in infectious diseases”. PMID: 19540362. 
  13. R. C. Johnson, V. G. Harris. Differentiation of Pathogenic and Saprophytic Leptospires I. Growth at Low Temperatures. „Journal of Bacteriology”. s. 27-31. PMID: PMC251866. 
  14. a b c Choroby odzwierzęce. eioba.pl. [dostęp 2016-12-08].
  15. a b c d e A. Pavli, H. C. Maltezou. Travel‐Acquired Leptospirosis. „Journal of Travel Medicine”. 15. s. 447- 453. DOI: 10.1111/j.1708-8305.2008.00257.x. 
  16. a b c d e f g Junusz Cianciara, Jacek Juszczyk: Choroby zakaźne i pasożytnicze. Lublin: CZELEJ, 2007, s. 728-729. ISBN 978-83-60608-34-0.
  17. Penicylina benzylowa (opis profesjonalny). mp.pl. [dostęp 2016-12-08].

Bibliografia

  • Pattrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller: Mikrobiologia. Wrocław: Elsevier Urban & Partner, 2013, s. 402–405. ISBN 978-83-7609-294-2.
  • Fritz H. Kayser, Kurt A. Bienz, Johannes Eckert, Rolf M. Zinkernagel: Mikrobiologia lekarska. Warszawa: PZWL, 2007, s. 299-301. ISBN 978-83-200-3154-6.
  • Gabriel Virella: Mikrobiologia i choroby zakaźne. Wrocław: Elsevier Urban & Partner, 1999, s. 210-212. ISBN 978-83-85842-59-0.

Star of life.svgZapoznaj się z zastrzeżeniami dotyczącymi pojęć medycznych i pokrewnych w Wikipedii.