Биохимические свойства стрептококков
Стрептококки
Таксономия и классификация. Стрептококки относят к отделу Firmicutes, семейству Streptococcaceae, включающее семь родов, шесть из которых патогенны для человека: Streptococcus, Enterococcus, Aerococcus, Leuconostoc, Pediococcus и Lactococcus. Существуют различные классификации стрептококков: по культуральным особенностям (рост в экстремальных условиях), по гемолитической активности (α-, ß- и γ-гемолитические), биохимическим свойствам. Однако наибольшее распространение получила классификация Ребекки Лэнсфилд (1933), основанная на наличии группоспецифических углеводов (С-полисахаридов) в клеточной стенке. В соответствии с этим выделяют 20 серогрупп, обозначаемых заглавными латинскими буквами (схема 1). Внутри групп стрептококки разделяют на серовары по специфичности белковых М-, Р- и Т-антигенам. Зеленящие стрептококки и пневмококки лишены групповых антигенов и не включены в какую-либо серологическую группу (схема 1).
Схема 1. Классификация стрептококков
|
Распространенность и устойчивость в окружающей среде. Стрептококки паразитируют на коже и слизистых оболочках различных биотопах организма человека. Устойчивость в окружающей среде у стрептококков ниже, чем у стафилококков. Стрептококки различных групп, кроме энтерококков, погибают при нагревании до 56°С в течении 30 минут, при 100°С – моментально; хорошо выдерживают высушивание, особенно в белковой среде, сохраняя жизнеспособность, но быстро утрачивая вирулентность. Чувствительны к действию обычно применяемых антисептиков и дезинфектантов.
Морфологические и тинкториальные свойства. Стрептококки представлены неподвижными сферическими клетками размером 0,5-2,0 мкм, располагающиеся в мазках парами или короткими цепочками (от греч. streptos – цепочка и kokkos – ягода). Грамположительны, клеточная стенка состоит из трех слоев: наружный слой содержит типоспецифические белковые антигены (М и Т), в состав среднего слоя слоя входит групповой полисахарид (С-полисахарид), внутренний слой представлен пептидогликаном. Из клеточной стенки выходят фимбрии, содержащие М-антиген (основной фактор патогенности) и покрытые липотейхоевой кислотой, являющейся основным адгезином. Некоторые виды имеют капсулу. Стрептококки групп А, В и С имеют капсулу, построенную из гиалуроновой кислоты, аналогичной входящей в состав соединительной ткани. Такая капсула обладает низкими иммуногенными свойствами и не распознается как чужеродный агент. Спор не образуют. При неблагоприятных воздействиях стрептококки способны образовывать L-формы.
Культуральные свойства. Факультативные анаэробы; капнофилы; некоторые микроаэрофилы, предпочитают анаэробные условия. Растут в интервале температур 25-45°С; оптимум 37°С. Требовательны к средам культивирования. Растут только на сложных питательных средах с добавлением крови, сыворотки, асцитической жидкости, углеводов. Обычно образуют мелкие (1-2 мм), мутноватые, круглые колонии (S-формы), некоторые образуют слизистые колонии. При росте на кровяном агаре образуют колонии с зоной α- (частичный, зеленящий), β- (полный) и γ-гемолиза (визуально невидимый). В бульоне стрептококк дает придонно-пристеночный рост в виде хлопьев или зерен, оставляя среду прозрачной.
Антигенная структура. По наличию специфических полисахаридов (С-полисахарид, группоспецифический) стрептококки делят на 20 серогрупп по Лэнсфилд, которые выявляются в реакции преципитации. Внутри групп стрептококки разделяют на серовары по специфичности белковых антигенов М, Р (нуклеопротеин) и Т, выявляемые в реакции агглютинации.
М-белок, типоспецифический антиген стрептококков группы А, S.pyogenes (от англ. mucoid, слизистый, т.к. колонии штаммов-продуцентов имеют слизистую консистенцию) – основной фактор вирулентности стрептококков. Антитела к нему обеспечивают длительную невосприимчивость к повторному заражению, однако выделяют более 80 сероваров белка М, что значительно снижает эффективность гуморальных защитных реакций. Т-антиген, в отличие от М-белка не связан с вирулентными свойствами стрептококков; некислотоустойчив, термолабилен.
Биохимические свойства. Ферментативная активность ниже, чем у стафилококков. Хемоорганотрофы; метаболизм бродильный; клинически значимые виды ферментируют глюкозу с образованием молочной кислоты. Характерными свойствами стрептококков являются отсутствие каталазной активности и способность большинства видов лизировать эритроциты. Биохимическая идентификация, в основном, используется для стрептококков, не имеющих С-полисахарида и для негемолитических видов, поскольку в данном случае сероидентификация невозможна.
Для дифференцировки пневмококка используется проба с оптохином (угнетает их рост); способность ферментировать инулин и чувствительность к желчи (дезоксихолатная проба).
Медицинское значение. Стрептококки являются представителями нормофлоры организма человека и животных. Стрептококки группы А колонизируют кожные покровы и слизистые оболочки человека; группы В колонизируют носоглотку, ЖКТ и влагалище. Стрептококки являются условно-патогенными микробами и не имеют органного тропизма, поэтому для стрептококковых инфекций характерна множественность механизмов, путей и факторов передачи. Стрептококковые инфекции - это большая и разнородная группа острых и хронических, специфических и неспецифических заболеваний (табл. 2).
Таблица 3 Стрептококки, имеющие медицинское значение
| Вид | Серогруппа | Гемолиз | Место обитания | Основные лабораторные критерии | Инфекционные заболевания |
| Streptococcus pyogenes | А | β | Кожа и ротоглотка | ПИР (+), чувствителен к бацитрацину | Фарингиты, импетиго, ревматизм, гломерулонефрит, скарлатина, рожа |
| Streptococcus agalactiae | В | β | Урогенитальный тракт женщин | САМР (+), гидролизует гиппурат | Неонатальный сепсис и менингиты |
| Enterococcus faecalis и др. энтерококки | D | α или γ | Кишечник | Растут в присутствии желчи и 6.5% NaCl, гидролизуют эскулин, ПИР (+) | Абсцессы брюшной полости, инфекции мочевыделительной системы, эндокардиты |
| Streptococcus bovis | D | отс | Кишечник | Растут в присутствии желчи, гидролизуют эскулин, не растут при 6.5% NaCl, разлагают крахмал | Эндокардиты, выделен при раке кишечника |
| Streptococcus pneumoniae | - | α | Ротоглотка | Чувствительны к оптохину и солям желчных кислот, ферментируют инулин | Пневмония, менингиты, эндокардиты |
| Зеленящие стрептококки (viridans) | - | α | Полость рта, кишечник | Резистентны к оптохину, не чувствительны к желчи, не растут в присутсвии 6.5% NaCl | Эндокардиты, абсцессы, кариес (S.mutans) |
| Peptostreptococcus (различные виды) | α или отс | Полость рта, кишечник | Строгие анаэробы | Абсцессы (чаще полибактериальной этиологии) |
Биохимические свойства стрептококков
| Признак | α-гемолитические | β-гемолитические | γ-гемолитические | |||
| S.pneumoniae | S.viridans | S.pyogenes | S.agalactiae | Enterococcus faecalis | Enterococcus faecium | |
| Серологическая группа (Лэнсфильд) | - | - | A | B | D | D |
| Рост в аэробных и анаэробных условиях | + | + | + | + | + | + |
| Рост при: 10°C 45°C pH 9.6 | - - - | - + - | - - - | + - - | + + + | + + + |
| Рост в присутствии: 6,5% NaCl 40% желчи 0,25% оптоцина | - - - | - - + | - - + | + + + | + + + | + + + |
| Ферментация углеводов до кислоты: · инулина · сахарозы · лактоза · сорбитол · маннит | + + - - | + + + + | - + - - | - + - - | + + + + | + + - + |
| Разжижают желатин | - | - | - | - | - | - |
| Створаживают молоко | + | + | + | + | + | + |
| Гидролиз гиппурата натрия | - | - | - | + | + | + |
| CAMP-тест | - | - | - | + | - | - |
| PYR-тест | - | - | + | - | - | - |
Факторы патогенности. Белок М (фимбриальный белок) – основной фактор патогенности. Обладает антифагоцитарным действием, непосредственно действуя на фагоциты или маскируя рецепторы для компонентов комплемента и опсонинов, адсорбируя на своей поверхности фибриноген, фибрин и продукты его деградации. Белок также проявляет свойства суперантигена, вызывая поликлональную активацию лимфоцитов и образование антител с низким аффинитетом. Подобные свойства играют существенную роль в нарушении толерантности к тканевым изоантигенам и развитии аутоиммунной патологии.
Капсула защищает стрептококков от антимикробного потенциала фагоцитов и облегчает адгезию к эпителию. Капсула построена из гиалуроновой кислоты и обладает низкой иммуногенностью. Бактерии способны самостоятельно разрушать капсулу при инвазии в ткани за счет синтеза гиалуронидазы.
С5а-пептидаза – фермент, подавляющий активность фагоцитов за счет расщепления и инактивации С5а компонента комплемента, который является мощным хемоаттрактантом.
Стрептолизин О (от англ. oxygen sensitive, чувствительный к кислороду) проявляет свойства гемолизина, разрушая эритроциты в анаэробных условиях. Проявляет иммуногенные свойства, титры антител к нему имеют прогностическое значение.
Стрептолизин S (от англ. stable, устойчивый), не чувствителен к кислороду, не несет антигенной нагрузки и вызывает поверхностный гемолиз на кровяных средах. Оба гемолизина разрушают не только эритроциты, но и другие клетки (фагоциты, кардиомиоциты и др.).
Эритрогенные (пирогенные) токсины весьма схожи с токсинами стафилококков. Синтезируются стрептококками группы А; иммунологически выделяют три типа (А, В, С) токсинов. Их действие связано с развитием стрептококкового токсического шока и скарлатины. Эритрогенные токсины обладают свойствами суперантигенов, оказывают митогенное действие на Т-лимфоциты, а также стимулируют секрецию макрофагами ИЛ-1 и ФНО.
Кардиогепатический токсин синтезируют некоторые штаммы стрептококков группы А. Он вызывает поражения миокарда и диафрагмы, а также образование гигантоклеточных гранулем в печени.
Стрептокиназа (фибринолизин) активирует плазминоген, что приводит к образованию плазмина и растворению фибриновых волокон.
Стрептодорназа (ДНК-аза) четырех типов продуцируется стрептококками группы А. Выявление антител к ДНК-азе используется в диагностике различных осложнений. Очищенная смесь стрептокиназы и стрептодорназы используется для рассасывания тромбов, фибринозных и гнойных экссудатов.
Перекрестные реакции. Стрептококки инициируют выраженную воспалительную реакцию за счет продукции более 20 растворимых веществ. Патогенез ревматических поражений связан с иммунными механизмами, в частности перекрестная реакция с миокардиоцитами и белком М возбудителя. Весьма сходны механизмы повреждения почек при острых гломерулонефритах, обусловленных депонированием иммунных комплексов (стрептококк – IgG) на базальной мембране. С одной стороны, они активируют комплементарный каскад, что стимулирует иммунный ответ, с другой – за счет нарушения аутотолерантности и антигенной мимикрии индуцируют клеточные цитотоксические реакции.
Микробиологическая диагностика. Лабораторная диагностика включает бактериологический и серологический методы, а при подозрении на пневмококковую инфекцию – бактериоскопический и биологический.
Материал для исследования определяется клинической картиной болезни: кровь, гной, моча, ликвор, отделяемое зева и др. Мазки из патологического материала для первичной бактериоскопии окрашивают по Граму и микроскопируют. При положительном результате обнаруживают цепочки или пары грамположительных кокков. Пневмококки имеют овальную или ланцетовидную форму, располагаются парами, окруженными толстой капсулой.
Исследуемый материал засевают на кровяной агар Колумбиа и инкубируют при 37°С в течение 18-24 часов. На кровяном агаре стрептококки образуют бесцветные мелкие S-формы, окруженные зоной α-, ß- и γ-гемолиза. Из части материала, взятого из колоний готовят мазок, окрашивают по Граму и микроскопируют. Для получения чистой культуры подозрительные колонии пересевают в пробирки со скошенным кровяным агаром или сахарным бульоном. Идентификация выделенной чистой культуры проводится на основании изучения ряда свойств: морфологических, тинкториальных, культуральных, биохимических и антигенных (см. табл. 3)
Таблица 2 Схема бактериологического метода