Грамположительные кокки в виде цепочек и пар, находящиеся преимущественно в кишечнике, впервые описал французский микробиолог Тирселин в 1899 г. При изучении группоспецифических полисахаридных антигенов клеточной стенки стрептококков Ребеккой Ленсфилд в 1930 г. энтерококки были отнесены к стрептококкам группы D. Со временем развитие молекулярно-генетических методов исследования позволило отнести энтерококки к роду Enterococcus, семейства Enterococcaceae (1984 г.). Позже они вошли в порядок Lactobacillales, подкласс лактобактерий, класс Bacilli с более чем 30 видами. Однако самыми часто встречающимися у людей являются E. faecalis (74–90%) и E. faecium (5–16%). [1].
Энтерококки – факультативные анаэробы, хемоорганотрофы. Не образуют спор и капсул. Могут варьировать по морфотипу (круглые, вытянутые клетки, иногда коккобактерии). Также варьируются в размерах (карликовые и гигантские формы, различные размеры клеток в одной паре или цепочке). Есть подвижные варианты с 1–4 жгутиками.
На простых питательных средах через 24 ч при температуре 35–37°С образуют мелкие серовато-белые колонии. Способны расти на средах, содержащих 6,5% хлористого натрия, в присутствии 40%-ных солей желчи, вызывать α- или β-гемолиз на кровяном агаре.
Селективными средами для энтерококков являются: основа кровяного агара с азидом, азидодекстрозный бульон, KF-стрептококковый агар, М-агар для энтерококков, стрептококковый селективный агар и др. Энтерококки могут осуществлять гомоферментативное молочнокислое брожение. Образующаяся молочная кислота снижает рН до 4,2–4,6 [1].
В природе энтерококки распространены повсеместно. Встречаются как представители нормальной микрофлоры у людей и животных, в продуктах питания, в воде, растениях. Основное место обитания энтерококков – кишечник. Так, в кишечнике здорового человека содержится 107–108 КОЕ/г фекалий. Это могут быть женский генитальный тракт, реже уретра мужчин, ротовая полость, кожа. Энтерококки являются обитателями микрофлоры новорожденных детей уже в первые дни жизни. Впоследствии их уровень колеблется от 106 –107 КОЕ/г до 108–109 КОЕ/г в зависимости от вида вскармливания (грудное и искусственное соответственно) [1, 2, 3].
Для энтерококков характерны высокая устойчивость к факторам внешней среды и дезинфицирующим средствам, способность длительное время выживать на различных предметах и в окружающей среде. Они проявляют резистентность к нагреванию в течение довольно длительного времени, хлорированию, повышенной концентрации соли.
В связи с этим энтерококки используются как санитарно-показательные микроорганизмы для оценки качества хлорирования питьевой воды, минеральных источников и пищевых продуктов с повышенной концентрацией соли [4]. Энтерококки играют неоднозначную роль в жизни человека.
Цель исследования – обзор литературы по вопросам современного значения энтерококков для медицинской практики.
Материалы и методы исследования. Проведен анализ публикаций, размещенных на научных платформах Web of Science, E-library, Scopus, PubMed за период 2000–2020 гг. и содержащих как современные сведения общего характера: систематика, биология, физиология энтерококков, методы их изучения, так и данные по применению энтерококков в качестве пробиотических препаратов, распространенности энтерококков как возбудителей внутрибольничных инфекций (ВБИ), об уровне и механизмах их резистентности к различным антимикробным препаратам. Использованы ключевые слова: «энтерококки», «пробиотики», «механизмы антибиотикорезистентности», «нозокомиальные инфекции».
Результаты исследования и их обсуждение
Полезные для человека свойства энтерококков
Энтерококки наряду с другой резидентной нормофлорой (кишечными палочками, лактобациллами, бифидобактериями) выполняют ряд полезных функций в организме человека [2]. Энтерококки добавляют в некоторые молочные и мясные продукты при производстве. Они сбраживают лактозу и продуцируют энтероцины, обеспечивающие антагонизм против патогенных и условно-патогенных бактерий (грамположительных и грамотрицательных), таких как: стафилококки, листерии и др. Энтероцины повреждают клеточную стенку бактерий, тем самым уничтожая клетку [1, 4, 5].
Энтерококки, обладая способностью поддерживать иммунитет, образовывать витамины, помогать пищеварению, проявлять антагонистическую активность, используются при производстве пробиотиков [3, 6].
Разными зарубежными и российскими исследователями показано эффективное применение ряда штаммов энтерококков, в частности E. faecium SF68, E. faecium L3, E. faecium PR88, E. faecium М-74 E. faecium Walthers ECOFLOR и иных, в составе пробиотических препаратов и при изготовлении некоторых продуктов, например сыра чеддер.
Эти штаммы, в частности, эффективны при лечении диареи после приема антибиотиков и диареи у детей, что было доказано клинически [6].
Кисломолочные продукты, содержащие штаммы энтерококков, снижают уровень холестерина в крови [5].
У больных с хроническими гепатитами при использовании штаммов энтерококков было также показано существенное улучшение целого ряда биохимических параметров, включая уровень холестерина крови и билирубина. У людей пожилого возраста с патологиями сердца существенно улучшались показатели функционирования сердечно-сосудистой системы, а также иммунологические параметры, характеризующие степень развития атеросклероза [4].
Препараты показали свою эффективность при таких заболеваниях, как хронический тонзиллит, хронический синусит, хронический бронхит, синдром раздраженного кишечника, острый энтерит [3, 7].
Энтероцины, продуцируемые некоторыми штаммами энтерококков в большом количестве, позволяют уничтожать H. pylori в желудке и двенадцатиперстной кишке.
Отмечена также противоопухолевая активность некоторых пробиотиков со штаммами энтерококков. Это было продемонстрировано при лечении онкологических больных [3, 8].
Таким образом, данные штаммы успешно зарекомендовали себя при лечении заболеваний ЖКТ, печени, сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, раковых опухолей [3, 7, 8].
Место энтерококков в структуре возбудителей внутрибольничных инфекций
Длительное время энтерококкам отводилась роль эндогенной флоры с низкой вирулентностью. Но уже в 1990-е гг. и в настоящее время энтерококки, резистентные к антибиотикам, все чаще стали являться причиной нозокомиальных инфекций наряду с метициллинрезистентными стафилококками — Staphylococcus aureus (MRSA) и Staphylococcus epidermidis (MRSE), пенициллинрезистентными стрептококками (PRS) [9].
Показано, что энтерококки вызывают тяжелые септические процессы, послеоперационные осложнения, острые инфекции в неонатальном периоде [10, 11, 12].
Как возбудители ВБИ они находятся на втором месте после коагулазоотрицательных стафилококков. При этом наиболее часто в различных клиниках выделяют E. faecalis и E. faeсium [13, 14, 15].
В связи с вышесказанным энтерококки включены в группу бактерий ESCAPE. Это патогены, которые чаще всего демонстрируют устойчивость к антибиотикам, длительно сохраняют жизнеспособность на объектах внешней среды, даже в присутствии антисептических растворов, постоянно находятся в составе кишечной микрофлоры и являются причиной большинства госпитальных инфекций [9, 16].
Традиционно считалось, что нозокомиальные энтерококковые инфекции связаны с собственной желудочно-кишечной флорой пациентов. Однако последующие исследования показали, что передача от человека к человеку имеет очень существенное значение в нозокомиальном распространении энтерококков. Экзогенное заражение происходит преимущественно через контаминированные руки медицинских работников, а также через предметы окружающей среды и оборудование [9, 10].
Анализ литературных данных показал, что энтерококки встречаются в различных отделениях больниц России и западных стран и выделяются с различной частотой. С начала 2000-х гг. и в настоящее время энтерококковые инфекции регистрируются в стационарах у пациентов с заболеваниями системы крови. Основная доля микроорганизмов представлена Е. faecium (78,2%), существенно реже выделяли E. faecalis (19,7%) [12, 17].
Наибольший процент энтерококков, по литературным данным, выделяют в урологических отделениях (47,7%), в частности среди пациентов с трансплантированными почками (39,8%) [9, 11].
Энтерококковые инфекции также распространены в отделениях реанимации (34,6%) и сердечно-сосудистой хирургии (20,4%) [4].
Авторы публикации [18] в 2018 г. выявили 1160 последовательных случаев инфекций кровотока, вызванных энтерококками: 596 (51,4%) случаев E. faecium и 564 (48,6%) случая E. faecalis.
Факторы патогенности и вирулентности энтерококков
Энтерококки обладают способностью приобретать и передавать внехромосомные элементы генома, играющие роль в развитии патологического процесса. Такие мобильные элементы называются «островки патогенности» (pathogenicity islands, PAI). В них содержатся гены, отвечающие за патогенные свойства данных бактерий [2, 19].
К факторам вирулентности энтерококков относятся различные белки, которые участвуют в адгезии и инвазии: еsp, аsal, еfaA, сyl A, сylM-цитолизины, gel E – желатиназа, Spr E – сериновая протеиназа, гиалуронидаза, белки и токсины, обеспечивающие повреждение тканей, индуцирующие воспаление. У энтерококков присутствуют белки, обусловливающие устойчивость к антибиотикам [20, 21].
Энтерококки, будучи типичными условно-патогенными бактериями, вызывают оппортунистические инфекции, в первую очередь, у людей с ослабленным иммунитетом. Это могут быть инфекции мочевыводящих путей (особенно часто катетер-ассоциированные), бактериемия, сепсис, инфекции желчных путей или абсцессы в брюшной полости, как следствие, например, перенесенных хирургических вмешательств, когда травмируется кишечник или мочеполовой тракт. Характерной клинической картиной у пожилых пациентов с иммуносупрессией является энтерококковый эндокардит с более частым поражением митрального клапана [9, 22, 23].
Методы диагностики энтерококковых инфекций
На современном этапе, кроме бактериологического метода исследования, энтерококки можно идентифицировать с помощью метода прямого белкового профилирования — масс-спектрометрии. Применяется также молекулярно-генетическая идентификация ДНК. Используются праймеры к трем группам генов: 1) для видовой идентификации – позволяющие дифференцировать штаммы E. faecium и Е. faecalis; 2) гены поверхностных белков-адгезинов (esp, asa1, efaA); 3) гены, кодирующие синтез цитолизинов (cylA, cylM), желатиназы (gelE), сериновой протеиназы (sprE) и феромона (fsrB) [1, 3].
Устойчивость энтерококков к антимикробным препаратам
Как уже отмечалось выше, у выделенных энтерококков наблюдается высокая степень резистентности к антибиотикам: хлорамфениколу, эритромицину, тетрациклину, клиндамицину, цефалоспоринам I и II поколений, фторхинолонам, аминогликозидам, оксолиновой кислоте. Высокая скорость рекомбинации ДНК помогает им формировать устойчивость ко многим антимикробным препаратам (АМП), используемым в клинической практике, и приводит к селекции высоковирулентных штаммов [24, 25, 26].
Гены резистентности к АМП у энтерококков могут локализоваться на бактериальной хромосоме и мобильных генетических элементах (плазмидах или транспозонах). На данный момент появилась информация об изменении генетической информации у энтерококков с помощью трансдукции с участием бактериофагов [27].
Бензилпенициллин и ампициллин — наиболее активные бета-лактамы в отношении энтерококков [28].
По последним данным, у E. faecalis имеются шесть предполагаемых генов, ингибирующих пенициллинсвязывающие белки (ПСБ), три из которых класса А (ponA, pbpF, pbpZ) и три – класса B (pbp5, pbpA, pbpB) [29].
Существуют различные механизмы резистентности к антибиотикам у клинических изолятов энтерококков. Это аминокислотные замены, точечные мутации в pbp5, наличие ферментов L, D-транспептидаз, образующих необычные пептидогликановые сшивки [30].
При этом, по обобщенным литературным данным 2019 г., E. faecalis реже, чем E. faecium, является полирезистентным к антибактериальным препаратам. Enterococcus faecalis часто чувствителен к ампициллину, пиперациллину и карбапенемам. Enterococcus faecium ко всем вышеперечисленным антибиотикам резистетентен [9, 31].
Большинство E. faecium проявляют высокий уровень резистентности к ампициллину (77%), к гентамицину (64%), к стрептомицину (56%) [30].
У энтерококков также отмечается способность приобретать плазмиды, детерминирующие аминогликозид-модифицирующие ферменты, что устраняет синергический бактерицидный эффект комбинированного воздействия антибиотиков [26].
Особое значение устойчивости энтерококков к ванкомицину
Гликопептидные антибиотики традиционно используются в медицине при лечении энтерококковых инфекций, вызываемых штаммами микроорганизмов, устойчивых к β-лактамным антибиотикам, с середины ХХ в. Гликопептиды, такие как ванкомицин и тейкопланин, ингибируют синтез клеточной стенки бактерий путем образования водородных связей с концевыми аминокислотными остатками D-Ala-D-Ala-субъединиц пептидогликана. Однако в конце 1980-х гг. появилось первое сообщение об устойчивости энтерококков к этому антибиотику (Vancomycin resistant Enterococcus – VRE) [17, 18, 22].
В настоящее время наблюдается рост штаммов энтерококков, устойчивых к ванкомицину, что создает возможность передачи этого вида резистентности другим значимым для патологии человека микроорганизмам, в частности S. aureus. В научной литературе описываются случаи выделения ванкомицин-устойчивых S. aureus (VRSA) с подтвержденной конъюгативной передачей in vivo vanA гена резистентности от фекального энтерококка метициллин-резистентному стафилококку [9].
Устойчивость к ванкомицину может быть высокого (МПК >64 мкг/мл) и низкого (МПК от 4 до 32 мкг/мл) уровня [26].
На современном этапе у энтерококков выделяют восемь фенотипических вариантов приобретенной резистентности к гликопептидам (VanA, VanB, VanD, VanE, VanG, VanL, VanM, VanN) и один тип природной устойчивости (VanC). Механизм резистентности энтерококков к данным антибиотикам основан на замене аминокислотных остатков с помощью ферментов, кодируемых van опероном. Высокий уровень резистентности энтерококков к ванкомицину и тейкопланину может быть опосредован также транспозоном Tn1546 [26, 29, 32].
Например, уровень резистентности нозокомиальных штаммов энтерококков к ванкомицину достиг в США 20% и 28,5% в 2001 и 2011 гг. соответственно [33].
В исследованиях, проведенных российскими авторами в 2016 г., резистентность к ванкомицину обнаружена только у E. faecium. В отделении патологии новорожденных изолировано 72% штаммов VRE, в отделении реанимации новорожденных – 75% и в отделении онкогематологии – 80% штаммов. Данные штаммы имели преимущественно кассету vanA [34]. В 2018 г. из гемокультуры больных опухолями системы крови было выделено 15% VRE (E. faecium). Из них 66% имели ген vanA, 34% – ген vanB [35].
При изучении инфекции кровотока зарубежными исследователями (2018 г.) показаны 103 случая (17,3%) E. faecium и 1 случай E. faecalis (0,2%) выделения устойчивых к ванкомицину изолятов [18].
Следует отметить, что у некоторых энтерококков появилась не просто устойчивость к ванкомицину и/или к тейкопланину, а зависимость от этих гликопептидов. Данные АМП стали необходимы для их роста. Изоляты ванкомицин-зависимых E.faecalis и E.faecium выделены от пациентов, длительно принимавших соответствующие антибиотики [26].
Заключение
Несомненно, изучение свойств энтерококков на современном этапе необходимо для формирования подходов рациональной антимикробной терапии в различных областях клинической медицины. Распространение резистентности к ванкомицину среди энтерококков, особенно E. faecium, представляет особую проблему, поскольку некоторые штаммы резистентны практически ко всем существующим антибиотикам [33].
Все эти факты указывают на необходимость проведения эпидемиологических исследований по изучению распространенности энтерококковых инфекций, изучения механизмов антибиотикорезистентности и поиска новых методов лечения.