Введение
Род Serratia включает условно-патогенные микроорганизмы, которые могут обитать на слизистых оболочках дыхательных путей, желудочно-кишечного и мочеполового трактов. Эти бактерии способны вызывать гнойно-воспалительные заболевания различной локализации.
Серрации являются грамотрицательными палочками, они подвижные (перитрихи), спор не образуют, имеют капсулу, обладают каталазной активностью, синтезируют дезоксирибонуклеазу, но не разлагают сорбит, фенилаланин и аргинин.
Самым известным представителем является Serratia marcescens, ранее известный как Bacterium prodigiosum. В современных научных публикациях бактерии этого вида описываются как возбудители различных заболеваний (включая диарею у людей, инфекции урогенитального тракта), воспалений мозговых оболочек, суставных воспалительных процессов, генерализованной инфекции [1, 2, 3].
Бактерии рода Serratia marcescens могут стать причиной гнойных инфекций среднего уха, а также провоцировать воспалительные процессы в роговице, бронхах, мочевом тракте, поврежденной коже и ранах. Эти микроорганизмы также способны вызывать такие инфекции, как эндокардит, остеомиелит и менингит, особенно у людей с ослабленным иммунитетом. Serratia marcescens признаны важными патогенами в контексте нозокомиальных инфекций, которые часто встречаются в отделениях интенсивной терапии и неонатологии [4].
В педиатрических отделениях наблюдались случаи менингита, инфекций, связанных с ранами, и артрита, вызванные бактериями Serratia marcescens [5].
Бактерии Serratia marcescens обладают довольно низкими требованиями к условиям своего роста: они способны развиваться на различных универсальных средах, таких как мясо-пептонный бульон и мясо-пептонный агар. Эти микроорганизмы могут активно размножаться даже в окружающей среде при комнатной температуре. По своему метаболическому типу S. marcescens является факультативным анаэробом, что означает, что для жизнедеятельности не требуется строго кислородная среда.
Поскольку бактерии S. marcescens синтезируют пигменты, они получили название «чудесная палочка». Колонии бактерий этого вида могут вырасти в виде кроваво-красных пятен на отсыревших церковных тканях и хлебах. Благодаря этой особенности в средневековой Италии колонии серраций расценивали как «капли крови господа». S. marcescens часто обитает во влажных местах жилых помещений, в мелких водоемах, а также на влажных тканях. Иногда эти бактерии обнаруживают в испражнениях здоровых детей. Бактерии S. marcescens нередко выделяют из увлажнительных камер реанимационной аппаратуры, растворов для парентерального введения, с поверхности катетеров, детских сосок, бронхофиброскопов, кисточек для бритья, влажных участков полов и раковин и даже из слабых растворов дезинфектантов. Serratia marcescens резистентна к большинству антибиотиков – пенициллину, ампициллину, линкомицину, карбенициллину, тетрациклину, макролидам, колимицину, цефалотину, оксациллину, а также ко многим дезинфицирующим препаратам [3].
Пигмент под названием «продигиозин», который синтезируется штаммами Serratia marcescens, относится к категории биоактивных цветных молекул, возникающих в процессе микробного обмена веществ [6].
Продигиозин получен в 1961 году Г.Е. Вайсбергом и З.В. Ермольевой по модифицированному методу Уэбстера (M. Webster) из Serratia marcescens. Глубокий анализ, проведенный З.В. Ермольевой и Г.Е. Вайсбергом, показал, что введение в организм биологически активных веществ приводит к активизации эндокринной системы «аденогипофиз – кора надпочечников». Эти структуры играют ключевую роль в формировании защитных реакций организма, что объясняет скорость действия данных веществ. После того как был введен продигиозин, резко увеличивались количество фагоцитов и эффективность внутриклеточного киллинга фагоцитов. Также существенно повышались бактерицидная активность кожи и барьерная функция лимфатических узлов [7].
Способность бактерий рода Serratia быстро размножаться в организме человека и инициировать инфекционный процесс зависит от наличия у этих микроорганизмов множества факторов, влияющих на их адгезивные свойства, возможность колонизации поверхностей, а также на их цитотоксическую и энтеротоксическую активность. Таким образом, исследование этих факторов может дать возможность выработать критерии для оценки этиологической значимости, опираясь на анализ данных биологических характеристик этих патогенов, что, в свою очередь, поможет улучшить диагностику инфекций, вызванных бактериями рода Serratia. Существует множество клинических штаммов бактерий рода Serratia, большинство из которых демонстрируют выраженные вирулентные характеристики, действуя через различные механизмы. Изучение адгезивных свойств различных видов Serratia показало, что большинство проанализированных штаммов обладают этими характеристиками, при этом индекс адгезивности превышает 2,5. Большинство исследованных клинических изолятов серратий способны связываться с конго красным. Наибольшее выражение адгезивной активности наблюдается у бактериальных культур рода Serratia, выделенных из испражнений и гнойных выделений [3].
У значительной доли клинических штаммов Serratia marcescens была обнаружена способность агглютинировать человеческие эритроциты. Среди большинства рассматриваемых штаммов выявлены маннозорезистентные гемагглютинины. Способность к агглютинации эритроцитов овец у исследуемых бактерий этого вида проявлялась еще более выраженно. У подавляющего числа проанализированных бактериальных изолятов Serratia marcescens наблюдается эта особенность. Гемагглютинины у большинства клинических штаммов Serratia marcescens также имеют маннозорезистентные свойства. Антилизоцимная активность, которая обозначает способность блокировать действия лизоцима, рассматривается как фактор выживания для клинических штаммов рода Serratia. Эта активность чаще всего наблюдается у бактерий, способных прикрепляться к слизистым оболочкам различных органов. Значительное число изученных штаммов Serratia marcescens демонстрируют способность к антилизоцимному действию. Подавляющая часть исследованных штаммов Serratia marcescens демонстрируют способность к гемолизу. Наибольшая гемолизирующая способность наблюдается у штаммов, изолированных из гнойных экссудатов [3, 8].
Ключевыми характеристиками главных патогенов, вызывающих нозокомиальные инфекции, являются их высокая патогенность и стойкость к антибиотикам и дезинфицирующим средствам [9, 10].
Формирование биопленок служит ключевым фактором, способствующим развитию лекарственной устойчивости у бактерий вида Serratia marcescens. В частности, особое фенольное соединение, известное как флоретин, обнаруживается в кожуре и коре корней таких сочных фруктов, как яблоки и груши. Это вещество эффективно ингибирует процесс образования биопленок и уменьшает вирулентность данных бактерий [11].
Исследования, проведенные в последние годы, продемонстрировали, что Serratia marcescens становится все более значимым компонентом микробиоты лечебных учреждений. Это связано с ее выраженными патогенными свойствами, естественной устойчивостью к ряду антибиотиков, включая колистин, а также с высокой возможностью приобретения резистентности к антимикробным средствам. Углубленное изучение вирулентности этой бактерии может способствовать лучшему пониманию ее характеристик и значительно снизить ее влияние и распространение в условиях больницы [12, 13].
Учитывая все вышесказанное, исследование динамично изменяющихся характеристик бактерий, изолированных из клинических образцов, представляет собой важную задачу.
Одним из ключевых аспектов вирулентности патогенов является их способность вызывать гемолиз. Некоторые виды микробов, как патогенные, так и условно-патогенные, обладают активностью, основанной на производстве белковых веществ, приводящих к разрушению эритроцитов, что сопровождается высвобождением гемоглобина. Литическая активность определенных гемолизинов может существенно влиять на процесс усвоения питательных компонентов. Один из механизмов, при помощи которых гемолизины разрушают эритроциты, заключается в создании пор в двуслойной клеточной мембране. В других случаях гемолизины осуществляют гидролиз фосфолипидов, что также ведет к разрушению мембран эритроцитов. Эти белки воздействуют не только на красные кровяные клетки, но и на другие компоненты крови, такие как лейкоциты и тромбоциты.
Множество бактерий вырабатывают гемолизины, которые можно выявить в лабораторных условиях благодаря их способности разрушать эритроциты in vitro.
Цель данного исследования заключалась в анализе гемолитической способности клинических изолятов бактерий вида Serratia marcescens, выделенных из различных патологических образцов, и в определении роли гемолизинов этого микроорганизма в развитии инфекционных процессов.
Материалы и методы исследования
В этом исследовании были проанализированы 43 клинических штамма, идентифицированных как вид Serratia marcescens на основе их биологических характеристик. Эти бактерии были извлечены из различных патологических образцов пациентов: 29 штаммов Serratia marcescens из испражнений и 14 штаммов Serratia marcescens из гнойного экссудата.
Для роста изучаемых штаммов использовали плотную питательную среду (1,5-процентный мясо-пептонный агар), полужидкую питательную среду (0,7-процентный мясо-пептонный агар) и мясо-пептонный бульон. Культивирование проводили в термостате при температуре 370С в течение 18–24 часов [8].
Гемолитическую активность бактерий исследовали на мясо-пептонном агаре, используя кроличьи эритроциты, предварительно очищенные в растворе Хенкса с концентрацией 3–5%. Для обнаружения тиолзависимых гемолизинов применяли мясо-пептонный агар с добавлением 0,002% L-цистеина. Посевы осуществляли методом укола, а оценку гемолиза проводили спустя 24–48 часов инкубации в термостате при температуре 37°C. Полученные данные подвергали статистическому анализу с использованием стандартных методик [8].
Результаты исследования и их обсуждение
Все исследованные штаммы демонстрировали морфологические характеристики, характерные для рода Serratia, и представляли собой подвижные грамотрицательные палочки.
При инкубации на мясо-пептонном агаре у 35 штаммов (81,4%) был зафиксирован рост красно-розового пигмента. Этот пигмент чаще всего встречался у бактерий, полученных из фекальных образцов, – 28 штаммов S. marcescens (65,1%). В то же время лишь 7 штаммов S. marcescens (16,3%), изолированных из гнойных выделений, проявили способность к образованию пигмента (табл. 1).
Таблица 1
Пигментообразование изученных штаммов Serratia marcescens
|
Штаммы Serratia marcescens |
Число штаммов |
Пигментообразование
|
|
Из испражнений |
29 |
28 (65,1%) |
|
Из гнойного отделяемого |
14 |
7 (16,3%) |
|
Всего |
43 |
35 (81,4%) |
Среди факторов вирулентности бактерий Serratia marcescens основное внимание привлекает способность большинства штаммов производить продигиозин. Этот пигмент известен своими иммуносупрессивными свойствами и может вызывать апоптоз у клеток эукариот. Тем не менее, значение этих характеристик для развития заболеваний, вызванных серрациями у человека, остается до сих пор недостаточно изученным.
Гемолитическая активность является ключевым элементом патогенности бактерий рода серрации. Штаммы Serratia marcescens, которые вызывают острые кишечные заболевания, производят гемолизин, способствующий возникновению диареи. Гнойно-септические заболевания, обусловленные серрациями, представляют собой серьезные затруднения для процессов восстановления и регенерации у пациентов хирургического профиля [13].
Гемолитическая способность была выявлена у большинства изученных бактерий вида Serratia marcescens. Гемолитической активностью обладали 39 культур из 43 исследованных штаммов (90,7%). Определяли у серраций гемолизины двух типов: α-гемолизы и тиолзависимые гемолизины. α-гемолизины выявлены у 34 штаммов S. marcescens (79,1%), из которых: 25 штаммов S. marcescens (86,2%), выделенных из испражнений, и 9 штаммов S. marcescens (64,3%), выделенных из гнойного отделяемого. У пяти культур серраций (11,6%) были выявлены тиолзависимые гемолизины. Среди них три штамма S. marcescens (10,3%) были изолированы из фекальных образцов, а два штамма S. marcescens (14,3%) выделены из гнойного экссудата (табл. 2).
Таблица 2
Гемолитическая способность штаммов Serratia marcescens
|
Штаммы Serratia marcescens |
Число штаммов |
Гемолитическая способность |
Всего |
|
|
α-гемолизины |
Тиолзависимые гемолизины |
|||
|
Из испражнений |
29 |
25 (86,2%) |
3 (10,3%) |
28 (96,5%) |
|
Из гнойного отделяемого |
14 |
9 (64,3%) |
2 (14,3%) |
11 (78,6%) |
|
Всего |
43 |
34 (79,1%) |
5 (11,6%) |
39 (90,7%) |
Наиболее заметная гемолитическая активность наблюдается среди штаммов S. marcescens, полученных из фекальных образцов. Большинство из этих штаммов продуцировали α-гемолизины. Способность к секреции тиолзависимых гемолизинов у культур данной группы проявляется в меньшей степени. Один из штаммов Serratia marcescens, выделенный из испражнений, не проявлял гемолитической активности.
Среди штаммов S. marcescens, выделенных из гнойного экссудата, была отмечена высокая частота их способности к синтезу α-гемолизинов. В то же время производить тиолзависимые гемолизины они способны значительно реже. Из всех исследованных клинических штаммов Serratia marcescens, которые были получены из гнойного экссудата, лишь три культуры не проявили гемолитической активности.
Учитывая, что все образцы Serratia marcescens получены из патологического материала у пациентов, очевидна значимость гемолизинов в процессе инфекции. Эти гемолизины могут повышать проницаемость сосудов через воспалительные медиаторы, способствуя возникновению отеков и накоплению гранулоцитов. Корреляция между экспрессией гемолизинов и тяжестью инфекции также подтверждает их роль в патогенезе.
Заключение
Исследование собранных данных позволяет сделать вывод, что большинство штаммов бактерий Serratia marcescens, выделенных из испражнений и гнойных выделений, демонстрировали гемолитическую активность как по отношению к α-гемолизинам, так и по отношению к тиолзависимых гемолизинов.
Гемолитическая активность Serratia marcescens может иметь серьезные последствия. Известно, что эти бактерии обладают антилизоцимными свойствами, что в сочетании с их способностью к производству гемолизинов способствует их долгому выживанию в человеческом организме. Посредством этих агрессивных факторов Serratia marcescens оказывает цитотоксическое воздействие на эпителиальные клетки человека, что, в свою очередь, приводит к нарушениям водно-солевого баланса.
В силу своих характеристик патогенные штаммы Serratia marcescens демонстрируют высокую устойчивость к иммунным реакциям организма человека, что позволяет им вызывать инфекции разнообразной локализации и степени тяжести.
Известно, что бактерии данного вида обладают многофакторной устойчивостью к антибиотикам, что связано с наличием трансферабельных R-плазмид. Полирезистентные штаммы Serratia marcescens могут быть выделены из различных патологических образцов, что увеличивает их персистентный потенциал.
Гемолизины, продуцируемые серрациями, способны наносить вред жизненно важным органам человека. Освобожденный гемоглобин может быть токсичен и повлечь за собой осложнения, что часто ведет к развитию хронических инфекционных заболеваний. Гемолизины, вырабатываемые Serratia marcescens в процессе инфекционного процесса, в сочетании с другими вирулентными факторами могут значительно угрожать жизни человека.