INFEKČNÉ CHOROBY

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE JESSENIOVA LEKÁRSKA FAKULTA V MARTINE Ústav mikrobiológie a imunológie Sklabinská 26 , 036 01 Martin

BAKTERIOLÓGIA – KAPITOLA  TRINÁSŤ 

STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE  a StaFyloKOKY 

Dr Alvin Fox
Department of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina School of Medicine
Columbia, South Carolina

Překlad: Elena Novakova, MD, PhD
Institute of Microbiology and Immunology
Jessenius Faculty of Medicine in Martin
Comenius University in Bratislava

KĽÚČOVÉ SLOVÁ
S. pneumoniae
Diplok
Pneumokok
Autolyzín 
Test rozpustnosti v žlči
Citlivosť na optochín      Puzdro
Reakcia bobtnania puzdra
Staphylococcus aureus
Staphylococcus epidermidis
Koaguláza-pozitívny alebo Koaguláza-negatívny
Alfa, beta, gama a delta cytotoxíny
Leukocidín
Lipáza
Exfoliatín
Enterotoxíny
Syndróm toxického šoku
Toxín toxického šoku
Proteín A

Obrázok 1A  Streptococcus pneumoniae v cerebrospinálnom moku. FA farbenie (digitálne prefarbené). CDC/Dr. M.S. Mitchell

STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE 

S. pneumoniae (obrázok 1) je hlavnou príčinou zápalov pľúc vo všetkých vekových skupinách (predovšetkým však u veľmi malých detí a starých ľudí), často po „poškodení“ horných dýchacích ciest (napríklad po vírusovej infekcii). Spôsobuje aj infekcie stredného ucha (otitis media). Mikroorganizmus sa často šíri ďalej a spôsobuje bakteriémiu a meningitídu. S. pneumoniae  je alfa-hemolytický a neobsahuje žiadny Lancefieldovej skupinový antigén.

Priame farbenie podľa Grama alebo detekcia puzdrového antigénu v spúte alebo CSM (cerebrospinálnom moku), môže stačiť na stanovenie diagnózy. Organizmus dobre rastie na krvnom agare s ovčími erytrocytmi.

Autolyzín

Pneumokoky sú identifikované na základe ich rozpustnosti v žlči. Autolyzín (peptidoglykán degradujúci enzým) sa uvoľňuje vďaka žlči z bunkovej membrány a viaže sa na cholín obsahujúcu teichoovú kyselinu viazanú na peptidoglykán. Autolyzín potom natrávi bunkovú stenu, čo má za následok lýzu bunky. Ak bunky rastú v etanolamíne namiesto v žlči, etanolamín sa zabuduje do teichoovej kyseliny. Autolyzín vtedy nemôže spôsobiť lýzu bunkovej steny. Pochopenie toho ako autolyzín účinkuje viedlo k názoru, že antibiotiká (vrátane penicilínu) spolupracujú s autolyzínom pri zabíjaní penumokokov in vivo.

Organizmus je možné identifikovať aj na základe jeho citlivosti na optochín (etylhydrokupreín) (obrázok 2)

Puzdro 

Je zreteľne vystupujúce u virulentných kmeňov (obrázok 1c) a jeho uhľovodíkové antigény sú štrukturálne odlišné u jednotlivých kmeňov. Puzdro má antifagocytárne a antigénne (imunizujúce) vlastnosti. Dostupné sú vakcíny obsahujúce antigény puzdra. Imunita je sérotypovo špecifická (nasmerovaná len proti antigénu puzdra). Použitím zodpovedajúceho typovo-špecifického antiséra môže byť puzdro na baktérii „fixované“ a stáva sa viditeľným v mikroskope (Quellung reakcia, reakcia bobtnania puzdra), čo sa používa pri mikrobiologickej identifikácii.

Mikroorganizmus produkuje aj pneumolyzín, ktorý degraduje erytrocyty za anaeróbnych podmienok (je to možné pozorovať ako alfa-hemolýzu).

Aktivácia komplementu teichoovou kyselinou vysvetľuje pritiahnutie veľkého množstva zápalových buniek do miesta infekcie.

Väčšina kmeňov S. pneumoniae je citlivých na penicilín. Rezistencia je napriek tomu bežná a zvyčajne regionálne závislá.

A B  Obrázok 2 
Je ťažké odlíšiť normálne fyziologické alfa-hemolytické streptokoky (nachádzajúce sa v ústach) od patogénneho organizmu Streptococcus pneumoniae. Obidva sú alfa-hemolytické na krvnom agare, a preto sa musia odlíšiť „P“ diskom (optochínom). S. pneumoniae (A) je citlivý zatiaľčo S. mitis (B) je rezistentný   
© Pat Johnson, Palm Beach Community College, Lake Worth Florida

 Obrázok 3  Staphylococcus aureus – MRSA rezistentná kokovitá prokaryotická bunka (deliaca sa); spôsobuje otravu z jedla, toxický šokový syndróm, kožné infekcie a infekcie rán © Dennis Kunkel Microscopy, Inc.  Použité s dovolením
 

Obrázok 4  Staphylococcus aureus (grampozitívny)  © Copyright Dr Linda M Stannard, 1996.  Použité s dovolením

  Obrázok 5  Staphylococcus aureus – Acridine-orange leucocyte cytospin test  © Bristol Biomedical Image Archive. Použité s dovolením

Obrázok 6 Stafylokoková infekcia: Impetigo © Bristol Biomedical Image Archive. Used with permission

  Obrázok 7 Krabička  Rely tamponov súvisiacich s výskytom TSS. CDC

  Figure 8
S. epidermidis, the most common cause of blood stream infections in patients with IVCs © Nancy Khardori and Mahmoud Yassien, Southern Illinois University School of Medicine, Springfield, Illinois and The MicrobeLibrary

STAFYLOKOKY

Stafylokoky sú fakultatívne anaeróbne. Sú grampozitívne, vyskytujú sa v zhlukoch podobných strapcu a sú kataláza-pozitívne. Sú hlavnou súčasťou normálnej flóry človeka na koži a v nose.

Staphylococcus aureus (obrázok 3 a 4)

S. aureus je jedným z najbežnejších vyvolávateľov oportúnnych infekcií v nemocnici a v komunite, vrátane pneumónie, osteomyelitídy, septickej artritídy, bakteriémie, endokarditídy, abscesov/ vredov a ďalších kožných infekcií (obrázok 6). 

Patogenéza

Otrava z potravín

S. aureus  produkuje viacero toxínov, z ktorých enterotoxíny (A, B, C a D) spôsobujú otravu z potravín. Asi jedna tretina až polovica kmeňov  S. aureus produkuje enterotoxíny, ktoré sú termostabilné, a preto prežijú varenie (až 30 minútový var). Sú rezistentné na proteolýzu črevnými proteázami.

Jedlo sa kontaminuje mikroorganizmami prenosom od ľudí. Po rozmnožení produkujú enterotoxín. Mikroorganizmus nainfikuje pacienta pri zjedení kontaminovanej stravy. Existujúci toxín spôsobí príznaky, akými sú nauzea, vracanie, hnačka (vodnatá, nie krvavá, vedie k dehydratácii) a bolesť brucha. Horúčka nebýva prítomná. Pretože  je otrava spôsobená len toxínom, symptómy nastupujú veľmi rýchlo, v priebehu niekoľkých hodín. K úľave dôjde v priebehu jedného dňa. Antibiotiká nie sú indikované, pretože samotná baktéria nie je priamou príčinou príznakov (a môže byť usmrtená varením).

Enterotoxíny sú superantigény, ktoré vedú k produkcii cytokínov, aktivácii T buniek, infiltrácii neutrofilmi so stratou cylindrických buniek tenkého čreva s kefkovitým lemom. Príčinou charakteristického vracania pri otrave z potravín (spôsobeného S. aureus). môže byť uvoľnenie zápalových mediátorov.

Enterokolitída

Príznaky enterokolitídy sú podobné ako pri otrave z potravín (vodnaté hnačky a bolesť brucha), ale prítomná je aj horúčka. Je tak isto spôsobená enterotoxínom (A) a leukotoxínom. Príčinou je liečba pacientov antibiotikami, ktorá umožní baktérii S. aureus (ktorá infikuje takmer každého) rozmnožiť sa v čreve, a to namiesto usmrtenej fyziologickej flóry. Baktériu dokážeme vo vzorke stolice.

Toxický šokový syndróm (TSS)

TSS je spôsobený infekciou kmeňom S. aureus, ktorý produkuje toxín toxického šokového syndrómu (toxic shock syndrome toxin – TSST). Môže súvisieť s ranou, v ktorej sa baktéria rýchlo rozmnožuje. Najviac sa stal známym verejnosti v 80. rokoch, keď sa zistilo, že infekcia  S.aureus  spôsobuje TSS ( toxic shock syndrome) po použití niektorých typov menštruačných tampónov (obrázok 7). Baktérie boli schopné sa rýchlo rozmnožovať vo vnútri tampóna, nediseminovali, ale zostávali vo vagíne. Ale toxín môže diseminovať a je zodpovedný za klinické príznaky. Tento syndróm zahŕňa horúčku, makulárny erytémový raš, olupovanie na celom tele, vracanie a hnačku. TSST (Toxic shock syndrome toxin) má vlastnosti superantigénu, čo má za následok produkciu cytokínov, vaskulárne presakovanie a cytotoxicitu. Toto vyúsťuje do hypervolemického šoku a smrti následkom multiorgánového  zlyhávania. Predtým ako bola odhalená príčina TSS, mortalita bola vysoká, ale dnes je okolo 5 %. Ochorenie sa môže opakovať, ak pacient nie je liečený vhodným antibiotikom.

TSST - toxic shock syndrome toxin – je spájaný s väčšinou s menštruáciou súvisiacim TSS - toxic shock syndrome. Enterotoxín B je spájaný s mnohými TSS - toxic shock syndrome – nesúvisiacimi s menštruáciou.

Syndróm obarenej kože (Scalded skin syndrome – SSS, Ritter disease, pemphigus neonatorum) a bulózne impetigo

Niektoré kmene S. aureus produkujú exfoliatívny toxín (A a B) a ktorýkoľvek z nich môže spôsobiť SSS , alebo bulózne impetigo u dojčiat, malých detí, ale vzácne u dospelých. Tieto toxíny sú serínové proteázy, ktoré môžu natráviť(okrem iných proteínov) niektoré proteíny prítomné v dezmozómoch, štruktúrach spájajúcich navzájom epitelové bunky. Napríklad dezmozomálny proteín dezmogleín je natrávený medzi bunkami v  stratum granulosum epidermis. Proces sa často upraví následkom tvorby protektívnych neutralizujúcich protilátok. Exfoliatívne toxíny sú superantigény.

Bulózne impetigo je miernou formou ochorenia spôsobeného S. aureus  a vyskytuje sa obvykle u novorodencov a malých detí. Manifestuje sa rozsiahlymi mäkkými  bullami – pľuzgiermi a pripisuje sa kmeňom S. aureus patriacim k fágovej skupine II schopnej produkovať exfoliatívne toxíny A a B, ktoré oddelia stratum corneum od zvyšku epidermis. Častejšia a miernejšia forma tohto ochorenia – predstavujúca 10 % všetkých prípadov  impetiga – sa odlišuje od nebulózneho impetiga, pri ktorom sa vezikuly rozširujú do mäkkých pľuzgierov predtým ako prasknú. Povrch exponovanej kože je najskôr vlhký a červený, podobá sa malej popálenine. Potom sa vytvorí tenká, svetlo hnedá „varnish-like” chrasta. Na rozdiel od priebehu pri SSS, baktérie je možné vykultivovať z pľuzgieru a nie je prítomný Nikolskyho príznak.

Závažnejšou formou choroby s väčším postihnutím spôsobeným tými istými kmeňmi stafylokoka je stafylokokový syndróm obarenej kože SSSS - staphylococcal scalded skin syndrome. Aj tento syndróm postihuje malé deti. Ochorenie začína ako lokálny periorálny erytém, ktorý sa šíri po celom tele a progreduje až do vyvinutia mäkkých pľuzgierov, ktoré praskajú, čo spôsobuje olupovanie kože ako pri rozsiahlych popáleninách. Z tekutiny pľuzgierov nie je možné vykultivovať žiadne baktérie, čo poukazuje na to, že sú spôsobené toxínom a nie samotnými baktériami. Skôr ako sa pľuzgiere vytvoria, jemný tlak na pohľad normálnu epidermis ju môže oddeliť od bazálnej vrstvy. Je možné ju posunúť tlakom a kĺzavým pohybom. Toto sa nazýva Nikolskyho príznak.

Táto forma ochorenia sa vyskytuje v a na koži na novorodeneckých oddeleniach v epidémiách, kde je známa ako Ritterova choroba. Horúčka a iné systémové príznaky obvykle nie sú prítomné pri lokalizovanom postihnutí, ale sú pravidlom u pacientov s SSSS - staphylococcal scalded skin syndrome – so stafylokokovým syndrómom obarenej kože.

Lokalizované bulózne impetigo je samolimitujúce vytvorením neutralizujúcich antitoxických protilátok, a tak je to aj pri SSSS. Napriek tomu je SSSS zaťažené dosť vysokou úmrtnosťou (5 %), ktorá je dôsledkom sekundárnej bakteriálnej infekcie na miestach, kde došlo k strate kože. Stafylokokový SSS je u dospelých zriedkavý a obvykle súvisí s imunosupresiou alebo ochorením obličiek. V takom prípade môže mortalita dosahovať až polovicu pacientov.

 

Cytotoxíny

Ako bolo spomenuté vyššie, S. aureus môže spôsobiť množstvo rôznych chorobných stavov súvisiacich s produkciou určitých exotoxínov. Môžu byť produkované  „na ochorenie – špecifické“ exotoxíny (alfa, beta, gama a delta toxíny a leukocidíny). Nazývajú sa cytotoxínmi, pretože spôsobujú cytolýzu následkom poškodenia plazmatickej membrány. To vedie k poškodeniu tkaniva následkom uvoľnenia lyzozomálnych enzýmov.

Alfa-toxín

Tento jedinečný polypeptidový toxín účinkuje priamo na plazmatickú membránu mnohých buniek, vnoruje sa do tukovej dvojvrstvy a vytvára póry, ktoré umožňujú iónom prechádzať do bunky a z nej von. Predovšetkým ióny draslíka unikajú z bunky a sodík a kalcium vstupujú do vnútra bunky. To vedie k osmotickej lýze bunky. Alfa-toxín je produkovaný väčšinou kmeňov S. aureus.

Beta-toxín

Beta-toxín poškodzuje bunkové membrány degradáciou lipidov, sfingomyelínu a derivátov cholínu. Toxín sfingomyelináza C je jediným peptidom, ktorý je vytváraný väčšinou kmeňov S. aureus. Ukazuje sa, že stupeň jeho toxicity závisí na koncentrácie týchto lipidov v bunke, pričom obidva sa primárne nachádzajú vo vonkajšej vrstve dvojvrstvovej plazmatickej membrány.

Gama-toxín a P-V leukocidín

Gama-toxíny a Pantonov-Valentinov leukocidín pozostávajú z dvoch polypeptidových reťazcov, reťazca S a reťazca F, ktoré spolu vytvárajú póry v plazmatickej membráne buniek. Dodnes boli identifikované tri S a dva F reťazce, ktoré sa môžu kombinovať a vytvárať množstvo rôznych toxínov, ktoré sú cytolytické pre neutrofily a makrofágy. Gama-toxíny sú hemolytické, P-V leukocidín nie je. Gama-toxíny sú produkované takmer všetkými kmeňmi  S. aureus,   P-V leukocidín len menšinou kmeňov. Bol zvlášť spájaný s virulentnými MRSA kmeňmi.

Delta-toxín

Je to malý proteín cytotoxický pre mnohé bunky. Môže pôsobiť ako detergent, poškodzovať dvojvrstvové bunkové membrány a spôsobovať tak cytolýzu.

 

Ostatné ochorenia spôsobené  S. aureus

Ochorenia dýchacieho systému

Aspiračná pneumónia môže vznikať následkom vstupu sekrétov a obsahu z úst do pľúc. Baktérie môžu spôsobiť lokálne abscesy a infiltráty. Ochorenie sa vyskytuje u veľmi malých a veľmi starých jedincov a u pacientov s pľúcnou chorobou. Do pľúc sa môžu baktérie dostať aj krvou a vzniká hematogénna pneumónia. U ľudí s MRSA sa môže vyvinúť nekrotizujúca pneumónia, ktorá má vysokú smrtnosť.  

Empyém je nahromadenie hnisu v telesných dutinách, ako napríklad v pľúcach a je možné ho zaznamenať u pacientov s pneumóniou. Mnoho z týchto prípadov je spôsobených infekciou S. aureus. 

S. aureus sa nachádza na koži väčšiny ľudí a môže sa dostať do tela ranami. Väčšina prípadov je ale nozokomiálnych a sú následkom chirurgického zákroku alebo použitia katétrov. Baktérie môžu diseminovať do celého tela.

Endokarditída

Endokarditída je zápal endokardu (vnútornej vrstvy srdca) a obvykle postihuje srdcové chlopne (prirodzené alebo náhradné). S. aureus môže spôsobiť endokarditídu, ktorá môže mať vysokú úmrtnosť.

Infekcie močového traktu

Komplikované infekcie močového traktu sa môžu vyskytnúť v špecifickom klinickom prostredí. Obličkové abscesy môžu byť následkom hematogénneho rozsevu do kôry obličky (najčastejšie je to spôsobené S. aureus), alebo sú následkom ascendentnej infekcie, ktorá vedie k ťažkej pyelonefritíde (najčastejšie je to spôsobené gramnegatívnymi paličkami).

Disseminácia do iných častí tela

Bakterémia spôsobená S. aureus môže diseminovať prostredníctvom krvného riečiska do iných častí tela a sprostredkovať ochorenie. Takýmito časťami sú kosti, kedy vzniká stafylokoková osteomyelitída, prejavujúca sa bolesťou, horúčkou a niekedy tvorbou Brodieho abscesov a septickou artritídou.

Choroby kože

Folikulitída

Folikulitída, čo znamená pyoderma postihujúca vlasové folikuly a apokrinné žľazy, postihne z času na čas každého, ale je obvykle samolimitujúca. Príležitostne postihne folikulitída rozsiahlejšiu oblasť a nazýva sa furunkul a karbunkul. S. aureus je obvyklou príčinou folikulitídy u imunologicky zdravých pacientov, infekcia obvykle nastupuje po predošlej kolonizácii nosa touto baktériou.

Furunkuly, karbunkuly a abscesy kože

Bežné furunkuly alebo vredíky vznikajú z folikulov. Termín furunkulóza popisuje viacero hnisavých vredíkov alebo ich časté opakovanie. Karbunkuly sú rozsiahlejšou a ťažko liečiteľnou infekciou, ktorá často vyžaduje chirurgický zákrok. Kožné abscesy, hoci sú podobné karbunkulom histologicky, sú obvykle hlbšie infekcie a nemajú pôvod vo vlasových folikuloch.

S. aureus je často pôvodcom furunkulov aj karbunkulov a je jediným alebo najvýznamnejším patogénom spôsobujúcim 50 % kožných abscesov. Predisponujúce faktory pre opakujúce sa furunkuly (furunkulózu) sú obezita, terapia kortikoidmi, porucha funkcie neutrofilov a pravdepodobne aj cukrovka. Hladiny imunoglobulínov sú u pacientov s furunkulózou zvyčajne v norme (U niektorých pacientov boli zaznamenané nízke hladiny IgM, ale ich nález bol bez veľkého významu, na rozdiel od IgG deficitu. Náhradná terapia ale nie je praktická). Väčšina pacientov s rekurentými furunkulmi nemala iný jasný predisponujúci faktor ako nosičstvo S. aureus v nose. Výskyty furunkulózy boli popísané  v rodinách, športových tímoch a u obyvateľov usadlostí, ktorí používali parné kúpele spolu. Kožné abscesy môžu vzniknúť z malých poranení, injekcií liekov (prax subkutánnej a intramuskulárnej injekcie je známa ako „skin popping”) alebo z bakteriémie. Niekedy sú prítomné u pacientov s rekurentnými kožnými infekciami kongenitálne imunodeficity ako napríklad hyper IgE-syndróm rekurentných infekcií (Jobov syndróm). Vzácne sú abscesy samovznikajúce (falošné abscesy), pričom farbenie podľa Grama a kultivácia odhalia baktérie „ústnej flóry“.

Viac informácii: Infekčné ochorenia – koža a kosti

Ďalšie secernované enzýmy

Kmene S. aureus secernujú viacero enzýmov ničiacich tkanivá, čo môže viesť k ich poškodeniu. Sú to lipázy, nukleázy, hyaluronidáza, koaguláza a plazmín. Jedna z koaguláz je viazaná na povrchu S.aureus a mení fibrinogén na fibrín. Tento nerozpustný proteín spôsobuje, že baktérie agregujú. Ďalšia secernovaná koaguláza sa kombinuje s koaguláza-reagujúcim faktorom v sére, následkom čoho je tvorba stafylotrombínu, ktorý rovnako ako trombín, vytvára nerozpustný fibrín. Môže učinkovať aj antifagocytárne.

Ochrana proti fagocytóze

Okrem toxínov a enzýmov, ktoré priamo ničia bunky a tkanivá (ako bolo popísané vyššie) S. aureus produkuje ďalšie proteíny dôležité v patogenéze. Napríklad, tieto baktérie majú dva mechanizmy, ktoré ich chránia pred fagocytózou polymorfonukleárnymi leukocytmi a ďalším fagocytujúcimi bunkami.

• Aj keď je baktéria opsonizovaná proteínmi prítomnými v sére, puzdro a hlienová S-vrstva ju chránia pred fagocytózou.

• Proteín A sa nachádza na povrchu väčšiny kmeňov S. aureus. Viaže sa na imunoglobulín G a komplement, blokuje receptory pre Fc a komplement a tým má antifagocytárne vlastnosti.

Identifikácia

• S. aureus je beta-hemolytický na krvnom agare s ovčími erytrocytmi
• Fermentuje manitol (obrázok 9)
• Vytvára zlatožltý pigment (odtiaľ názov „zlatý“ – aureus )
• Je koaguláza-pozitívny
• Prítomnosť proteínu A

V niektorých laboratóriách je možná fagotypizácia kmeňov – typizácia prostredníctvom bakteriofágu.

Staphylococcus epidermidis

Staphylococcus epidermidis (obrázok 8) je menej častou príčinou oportúnnych infekcií ako S. aureus, ale je stále významný. Je agensom nemocničných infekcií (napríklad katétre, premostenia, chirurgické zákroky [napríklad srdcové chlopne]). Je hlavnou súčasťou kožnej fyziologickej flóry, a preto často tvorí kontaminujúci agens mikrobiologických kultúr.

Identifikácia

• Staphylococcus epidermidis tvorí nehemolytické kolónie pri raste na krvnom agare s ovčími erytrocytmi

•  Nefermentuje manitol (obrázok 9)

• Je nepigmentovaný

• Je koaguláza-negatívny.

FILM
Katalázový test  

Staphylococcus saprophyticus

Tento mikroorganizmus je významnou príčinou infekcií močových ciest, predovšetkým u mladých sexuálne aktívnych žien. Príznaky zahŕňajú dyzúriu a pyúriu. Je to koaguláza-negatívny mikroorganizmus a klinicky sa obvykle nediferencuje od S.epidermidis.

AntibioticKÁ LIEČBA

Stafylokoky (koaguláza-pozitívne aj koaguláza-negatívne mikroorganizmy) môžu produkovať vo fágu kódovanú penicilinázu, ktorá degraduje betalaktámové antibiotiká. Niektoré kmene modifikovali penicillin binding proteins (PBP – proteíny, na ktoré sa viažu penicilíny). Tým sa penicilínové antibiotiká (aj meticilín) stali necitlivými.

Vankomycín je liekom voľby pre meticilín-rezistentný S. aureus (MRSA); hoci niektoré kmene si môžu byť rezistentné aj na toto antibiotikum (VRSA – vankomycín rezistentný S. aureus).

  Návrat do sekcie Bakteriológia  Microbiology and Immunology On-line

Táto strana bola naposledy zmenená
Stránku spravuje Richard Hunt