Leptospira

Leptospira

Leptospira interrogans – obraz z mikroskopu elektronowego
Systematyka
Domena	bakterie
Typ	krętki
Rząd	Spirochaetales
Rodzina	Leptospiraceae
Rodzaj	leptospira
Nazwa systematyczna
Leptospira Noguchi 1917

Leptospira (gr. leptos czyli cienki, łac. spira czyli spiralny) – rodzaj bakterii Gram-ujemnych, należący do typu krętków. Występują gatunki pasożytnicze, saprofityczne oraz takie, które posiadają cechy obu.

Leptospira 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 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 roku.

Historia

Adolf Weil w 1886 roku opisał chorobę przebiegającą z gorączką oraz uszkodzeniem wątroby, nerek i płuc^[1][2], nazwaną później (1917) leptospirozą^[3]. Mikroorganizm wywołujący chorobę został po raz pierwszy opisany w 1907 roku w nerce pacjenta zmarłego na żółtą gorączkę^[4]. Kolejne opisy krętków pojawiały się około 1915 roku w Japonii oraz w Niemczech^[2][5], 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^[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^[10][9]. Zdarzają się również dłuższe osobniki^[8]. Posiadają haczyk na jednym lub obu końcach^[7][9]. Nadaje im to charakterystyczny kształt znaku zapytania^[1]. Ruch jest możliwy dzięki dwóm periplazmatycznym 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 pozakomórkowej 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, oznaczanych rzymskimi cyframi I oraz II^[1]. Zawiera dwa zestawy 16S i 23S rRNA i jeden gen 5S^[5]. U niektórych wykryto plazmid nazwany p74, którego nie ma w leptospirach patogennych^[1]. 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^[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 Leptonema zalicza się do rodziny Leptospiraceae^[9].

Obecnie stosuje się podział oparty na genotypie. Jest on stosowany od 1989^[5]. W przeszłości o klasyfikacji stanowił fenotyp. 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]

Na podstawie 16S rRNA opracowano następujący kladogram^[16].

Epidemiologia

Krętki te występują powszechnie na całym świecie^[17]. 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, bydło^[1][6][8], psy, koty, ponadto dzikie zwierzęta^[1]. Obecność leptospir zazwyczaj nie wywołuje u nich 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^[6][15]. Szczególnie często gospodarzem dla Leptospira są przedstawiciele myszowatych^[8]. U ludzi infekcja jest zazwyczaj spowodowana aktywnością rekreacyjną lub kontaktem z zakażonymi zwierzętami^[7][10].

Patogeneza

Tkanka nerki wybarwiona srebrem z bakteriami Leptospira

Leptospiroza zwykle przebiega jako infekcja uogólniona, która u części chorych ma potencjalnie ciężki przebieg^[17]. Patogenne krętki mogą powodować subkliniczne zakażenie z występującą gorączką, przypominające grypę^[2]. Ciężka postać układowa nazywana zespołem Weila przebiega z uszkodzeniem nerek, wątroby, żółtaczką, niedokrwistością, gorączką i zaburzeniami świadomości^[17]. 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].

Patogeneza zakażenia nie jest wyjaśniona, potencjalnie w patogenezie mogą brać udział mechanizmy immunologiczne, działanie toksyn i białek powierzchniowych^[17]. 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^[17]. 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 doprowadzają do usunięcia leptospir. Część objawów pojawia się pomimo eliminacji leptospir, czego 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, 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 mają 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. Standardową metodą jest test mikroskopowej aglutynacji z wykorzystaniem „żywych antygenów”^{[17][6][15][9]}. Bada on zdolność surowicy chorego do aglutynacji krętków^[1]. W metodzie wykrywa przeciwciała swoiste dla różnych serotypów Leptospira, dlatego laboratorium przeprowadzające badanie powinno posiadać antygeny wszystkich serotypów tych krętków. Badaną surowicę miesza się z antygenami, czyli zawiesiną z żywych bakterii. Zachodzący proces aglutynacji obserwowany jest pod mikroskopem^[7]. Do rozpoznania leptospirozy konieczny jest czterokrotny wzrost miana przeciwciał^[17]. 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 kilka lat od zakażenia, ich obecność wskazuje na zanikającą odpowiedź humoralną lub pozostałość po niezdiagnozowanym i nieleczonym zakażeniu^[7].

Stosowane bywają również test makroskopowej aglutynacji szkiełkowej^[17] i test ELISA^[1][9]. Muszą one jednak zostać potwierdzone dodatnim wynikiem hodowli lub testu mikroskopowej aglutynacji^[7].

Leczenie

W leczeniu choroby o ciężkim przebiegu wykorzystuje się dożylnie benzylopenicylinę^[8][10][18] lub ampicylinę^[17]. W lżejszych przypadkach stosuje się też doksycyklinę lub ampicylinę. Skuteczność wykazują również cefalosporyny III generacji i azytromycyna^[17]. W leczeniu objawowym wyrównuje się zaburzenia wodno-elektrolitowe, wykonuje dializoterapię w ostrej niewydolności nerek, stosuje leczenie przeciwgorączkowego^[17]. Jeśli występuje nadwrażliwość na penicyliny, podaje się tetracykliny^[10][17]. 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

Nie opisano oporności leptospir na antybiotyki^[19].

Przypisy

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.