Клостридии – виды, степень тяжести, легкая и тяжелая формы диареи, прогноз лечения

Тело человека населено триллионами микроорганизмов, совокупность которых называют микробиомом. Микробиом выполняет множество важных функций — от синтеза витаминов до расщепления сложных компонентов пищи. «Здоровая» микрофлора постоянно конкурирует за ограниченные питательные ресурсы с патогенными микроорганизмами, тем самым подавляя их рост. Однако из-за приема антибиотиков или других причин нормальный состав микробиома может нарушаться, и тогда патогены получают возможность размножаться неконтролируемо, вызывая болезни. Один из таких патогенов — бактерия Clostridium difficile, возбудитель псевдомембранозного колита. Борьба с С. difficile осложняется ее устойчивостью к большинству известных антибиотиков. Но недавно было показано, что рост С. difficile можно успешно подавлять не лекарствами, а при помощи родственного ему вида — С. scindens. Это открытие послужит основой для создания «умных» лекарств-пробиотиков: эффективных против С. difficile, но безопасных для полезной микрофлоры.

Рисунок 1. Корреляция между присутствием конкретных бактериальных таксонов в микробиоме и устойчивостью к заражению C. difficile [3].

Антибиотики эффективны в борьбе со множеством смертельных заболеваний, но вместе с тем они наносят существенный урон микробиому человека. После курса антибиотиков человек, как правило, более подвержен заражению различными патогенами. Clostridium difficile — грамположительная подвижная бактерия, основной возбудитель острых внутрибольничных кишечных инфекций. За последние 15 лет число смертельных случаев, обусловленных размножением С. difficile, возросло по меньшей мере в 10 раз, особенно среди пожилых и ослабленных людей [1]. Борьба с С. difficile осложняется тем, что при неблагоприятных условиях этот вид образует споры, выдерживающие действие антибиотиков. Такая особенность позволяет бактериям повторно колонизировать кишечник спустя несколько недель и даже месяцев после окончания лечения.

Недавно было показано, что трансплантация микробиомов здоровых доноров вылечивает тяжелые инфекции C. difficile [2]. Однако оставалось неизвестным, какие именно члены микробиома восстанавливают устойчивость организма к инфекции C. difficile и какими механизмами. И вот наконец вышла статья, которая проливает свет на довольно необычный механизм межвидовых взаимодействий в микробиоме [3].

О мышах и людях

C. difficile — не только человеческая беда, но и мышиная. Для начала микробиомы мышей пробовали травить разными антибиотиками и смотрели, как от этого меняется восприимчивость к C. difficile. В целом антибиотики не столько уменьшают суммарное число бактерий в кишечнике, сколько существенно нарушают расстановку сил — соотношение разных таксономических групп. Оказалось, что восприимчивость к C. difficile четко коррелирует с общим снижением видового разнообразия микробима. Удалось выделить горстку из 11 условных видов (операционных таксономических единиц), ассоциированных с устойчивостью к заражению C. difficile (рис. 1). Многие из них оказались тоже клостридиями (кластер Clostridium XIVa). Ученые обратили внимание на один таксон, присутствие которого сильнее всего коррелировало с резистентностью к C. difficile, даже у животных с экстремально низким видовым разнообразием микробиома. Героем оказался Clostridium scindens.

Рисунок 2. Корреляция между приживлением видов-кандидатов в микробиоме и устойчивостью к C. difficile [3].

Но то у мышей. Как же обстоят дела у человека? Для определения видов, связанных с устойчивостью к инфекции C. difficile, исследовали микробиомы пациентов, перенесших аллогеную трансплантацию гемопоэтических стволовых клеток. Большинство из них проходило химиотерапию и/или лучевую терапию одновременно с курсом антибиотиков во время трансплантации. Ослабленный иммунитет и снижение видового разнообразия микробиома делают этих пациентов легкой мишенью для C. difficile. У человека удалось найти два основных вида, с которыми не уживались C. difficile. Наиболее сильным ингибитором оказался C. scindens, как и у мышей. Как будто бы победа?

Для проверки ингибирующего эффекта C. scindens вместе с несколькими другими перспективными бактериями запустили в кишечники животных, недавно принимавших антибиотики (рис. 2). Оказалось, что такая микробная трансплантация существенно облегчила течение инфекции, вызванной C. difficile, а также положительно сказалась на снижении смертности и увеличении массы тела по сравнению с контролем. Наиболее заметную устойчивость к C. difficile обеспечивал, как и ожидалось, C. scindens. Приживление трасплантированных бактерий в микробиоме отслеживали по наличию гена соответствующей 16S рРНК. Устойчивость к C. difficile росла прямо пропорционально обилию C. scindens. То есть улучшение приживаемости C. scindens может повысить защиту против C. difficile. Примечательно, что такая аккуратная замена плохой клостридии на очень похожую, но хорошую, не нарушает существующий в микробиоме баланс (ни качественный, ни количественный). Своеобразная антидотная терапия, только на уровне микробиома. Все это открывает искрящиеся горизонты для разработки безопасных лекарств против C. difficile. Но как именно C. scindens противостоит C. difficile?

Клостридии

Stylab / Каталог / Микробиология / Клостридии

СТАЙЛАБ предлагает комплексные тест-системы для анализа клостридий в пищевых продуктах и продовольственном сырье методом ПЦР.

Клостридии – это анаэробные спорообразующие грамположительные бактерии. Они способны жить и размножаться только в отсутствие кислорода. Некоторые из этих бактерий входят в состав нормальной микрофлоры кишечника человека и животных, другие обитают в почве. Клостридии используются для производства спиртов и органических кислот.

Среди патогенных клостридий – возбудители таких заболеваний, как газовая гангрена, столбняк, ботулизм, псевдомембранозные колиты, некротические энтериты. Белковые токсины клостридий – ботулотоксины, тетаноспазмин (тетанотоксин, столбнячный токсин) и ε-токсин относятся к сильнейшим ядам органического происхождения, известным в настоящее время. В пищевых продуктах чаще всего встречаются два представителя клостридий: Clostridium botulinum и Clostridium perfringens.

Clostridium botulinum – это подвижная палочковидная бактерия, обитающая в иле и почве, иногда в организмах рыб. Она не размножается в присутствии кислорода. Однако бескислородная среда консервированных продуктов позволяет Clostridium botulinum размножаться и вырабатывать ботулотоксины. Эти яды разрушаются при кипячении в течение получаса и в щелочной среде (например, в растворе пищевой соды) в течение 1 часа, но проявляют устойчивость к желудочному соку. Наиболее токсичный из ботулотоксинов – ботулотоксин А. Его молекула имеет два связанных между собой домена. После попадания в организм одна часть молекулы превращается в канал в мембране нервной клетки. Вторая часть молекулы отделяется от первой и проникает в клетку по этому каналу, где необратимо препятствует выделению нейромедиатора ацетилхолина. Это приводит к нарушению нервной и нервно-мышечной передаче сигнала и, как следствие, расслаблению мышц. Пострадавшие умирают от остановки дыхания. Скрытый период отравления, во время которого не проявляются никакие его симптомы, зависит от дозы токсина и составляет от нескольких часов до нескольких суток. Отравление ботулотоксином не всегда приводит к смерти, однако противоядия против этого яда не существует. Лечением является симптоматическая и поддерживающая терапия в условиях больницы.

Clostridium botulinum попадает в продукты при нарушении правил их переработки, чаще всего, с землей. Заражены ей могут быть колбасные изделия, консервы из мяса, рыбы, овощей и грибов. Кроме того, иногда эта бактерия встречается в меде. Clostridium botulinum может выжить в пищеварительной системе маленьких детей (до 1 года). В этом случае она становится причиной детского ботулизма. Скрытый период заболевания длится несколько недель, после чего наступает отравление ботулотоксином. У взрослых людей со сниженным иммунитетом, после операций на брюшной полости и с некоторыми другими состояниями также может встречаться такой тип ботулизма.

Ботулизм может возникать не только у людей, но и у животных, зачастую приводя к их гибели. Помимо употребления продуктов, зараженных Clostridium botulinum, отравление ботулотоксином может наступать в результате попадания этого вещества на слизистые оболочки, роговицу глаз, в раны, а также при его вдыхании.

Ботулотоксин А используют в медицине и косметологии в качестве миорелаксанта.

Clostridium perfringens патогенна для человека и животных и является возбудителем пищевых токсикоинфекций, некротических энтеритов, а также газовой гангрены. Эти бактерии обитают в почве и воде, в том числе, в сточных водах. Они способны выживать в кишечнике человека и животных, и их присутствие не всегда приводит к заболеваниям. Clostridium perfringens типа А, в отличие от других бактерий этого вида, относительно устойчива к воздействию кислорода.

Clostridium perfringens выделяет множество ядов с некротическим и гемолитическим (вызывает разрушение клеток крови) действием. Наиболее токсичным из них является выделяемый сероварами B и D ε-токсин (эпсилон-токсин), образующий в клетках каналы, по которым из них выходят ионы калия. Это приводит к отеку различных органов, в том числе, мозга и нарушению их работы. Clostridium perfringens серовара A вызывают относительно легкие пищевые токсикоинфекции.

Clostridium perfringens нередко встречается в сыром мясе животных и птицы и консервах из него. С загрязненной водой эта бактерия может попадать в овощи и фрукты.

В Российской Федерации и странах Таможенного Союза содержание клостридий в пищевых продуктах регламентировано Техническим Регламентом Таможенного Союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», ТР ТС 034/2013 «О безопасности мяса и мясной продукции» и другими законодательными документами. С актуальной информацией можно ознакомиться на сайте compact24.com

Микробиологические методы анализа клостридий и других анаэробов довольно трудоемки: в присутствии кислорода эти организмы не размножаются, потому необходимо создать им бескислородные условия. Для этого используют различные подходы: культивирование в жидких средах в специальных высоких пробирках или посев внутрь столбика агара, замена воздуха в пробирке углекислым газом, добавка в среды веществ, поглощающих кислород, запаивание пробирок, культивирование под вазелиновым маслом и др. После выделения культуры микроорганизма необходимо определить его биологическими методами, оценив биохимические свойства бактерий или иным методом. Определение ДНК с помощью ПЦР является самым точным способом определения микроорганизма.

Литература

1. О.К. Поздеев. Медицинская микробиология. Москва, ГЭОТАР-МЕД, 2001.
2. Clostridium botulinum. International Program on Chemical Safety. Poisons Information Monograph 858 Bacteria. World Health Organization.
3. Shukla, HD; Sharma, SK. Clostridium botulinum: a bug with beauty and weapon. Crit Rev Microbiol 31 (1): 11–8. 2005
4. Knapp O, Maier E, Benz R, Geny B, Popoff MR. Identification of the channel-forming domain of Clostridium perfringens Epsilon-toxin (ETX). Biochim Biophys Acta. 2009 Dec;1788(12):2584-93.
5. Epsilon Toxin of Clostridium perfringens. The Center for Food Security and Public Health. Iowa State University. 2004.

←Вернуться

Механизм ингибирующего действия

Рисунок 3. Корреляция между устойчивостью к C. difficile и наличием семейств генов, необходимых для синтеза вторичных желчных кислот [3].

Известно, что некоторые вторичные желчные кислоты могут ухудшать рост C. difficile in vitro [4]. У очень большого числа микробиомных бактерий есть ген bsh, кодирующий гидролазу желчных кислот. Однако у редкой бактерии (ужасно малой доли микробиомных организмов) есть все гены, необходимые для осуществления полного пути биосинтеза желчных кислот. Редкой бактерией, конечно же, оказалась C. scindens, обладающая критическим для синтеза вторичных желчных кислот геном 7α-гидроксистероид-дегидрогеназы (рис. 3). Именно на этой уникальной биохимической особенности и зиждется защитный механизм C. scindens против C. difficile. Внедрение C. scindens в микробиом животных, восприимчивых к C. difficile, восстанавливает необходимый уровень и соотношение вторичных желчных кислот: дезоксихолевой (DCA) и литохолевой (LCA). Обе эти кислоты подавляют рост C. difficile пропорционально своей концентрации. Примечательно, что C. scindens повышает количество вторичных желчных кислот до физиологического уровня и препятствует росту C. difficile даже у животных, прошедших курс антибиотикотерапии. Этот механизм консервативен — реализуется как в микробиоме мыши, так и в микробиоме человека.

Общие сведения

Клостридиоз (clostridium spp) – инфекционная болезнь с острым течением. Ее провоцируют клостридии – грамположительные анаэробные бактерии, которые могут вырабатывать эндоспоры. Благодаря этому они хорошо сохраняются во внешней среде. Именно разновидности этих бактерий продуцируют самые токсичные яды: ботулотоксин, тетаноспазмин, ε-токсин. Они вызывают очень тяжелые заболевания: столбняк, ботулизм, газовую гангрену и др. Но чаще всего происходит поражение бактерией клостридия диффициле. В норме эти бактерии входят в состав микрофлоры ЖКТ и половых путей у женщин. Clostridium difficile является представителем нормальной микрофлоры, вызывает колиты и энтероколиты при слишком активном размножении. Токсин, вырабатываемый бактерией clostridium perfringens, может спровоцировать пищевую токсикоинфекцию, а токсин, который образует clostridium botulinum, вызывает ботулизм.

Терапевтические перспективы

C. scindens подавляет рост C. difficile за счет синтеза вторичных желчных кислот*. Однако применение этих кислот в качестве самостоятельного лекарства небезопасно, так как некоторые из них ассоциируют с развитием рака двенадцатиперстной кишки [5]. Гораздо более эффективно использовать саму C. scindens и поработать, например, над улучшением приживаемости этого вида в микробиоме. Тут могут помочь другие бактерии посредством дополнительных механизмов: соревнования за углеводы с C. difficile, активации иммунной защиты хозяина или продукции антимикробных пептидов. Такой рациональный подход позволит использовать C. scindens в качестве эффективного оружия против C. difficile, не наносящего вред остальному микробиому.

* — О черных делишках кишечных микробов-диверсантов, сокращающих пул желчных кислот и стимулирующих развитие атеросклероза, читайте в статье «Не доверяйте рекламе, или потенциальная связь метаболизма L-карнитина и развития атеросклероза» [6] — Ред.

Классификация

На сегодня выявлено более ста видов клостридий. В медицине принята их классификация за несколькими принципами. По морфологии выделяют такие группы:

• палочки с круглой расположенной терминально спорой (C. tetani);
• палочки с овальной расположенной субтерминально спорой (C. botulinum);
• с субтерминально или центрально расположенной овальной спорой (возбудители газовой гангрены).

По типу патологических процессов:

• энтеральные клостридиозы (C. botulinum, C. perfringens, C. difficile);
• травматические и посттравматические (C. tetani, C. perfringens, C. novyi, C. histolyticum, C. septicum);
• генерализованные инфекции: септицемия, сепсис.

Литература

1. Lucado J., Gould C., Elixhauser A. (2012). Clostridium difficile infections (CDI) in hospital stays. Статистический бриф № 124 (проект Healthcare cost and utilization агентства по исследованиям и контролю качества в здравоохранении (AHRQ), США);
2. de Vrieze J. (2013). Medical research. The promise of poop. Science. 341, 954–957;;
3. Buffie C.G., Bucci V., Stein R.R., McKenney P.T., Ling L., Gobourne A. et al. (2015). Precision microbiome reconstitution restores bile acid mediated resistance to Clostridium difficile. Nature. 517, 205–208;;
4. Sorg J.A., Sonenshein A.L. (2008). Bile salts and glycine as cogerminants for Clostridium difficile spores. J. Bacteriol. 190, 2505–2512;
5. Bernstein H., Bernstein C., Payne C.M., Dvorakova K., Garewal H. (2005). Bile acids as carcinogens in human gastrointestinal cancers. Mutat. Res. 589, 47–65;;
6. Не доверяйте рекламе, или Потенциальная связь метаболизма L-карнитина и развития атеросклероза.

Что делать, если обнаружены клостридии в кале?

Clostridium difficile может в норме содержаться в кишечнике. По статистике она содержится в микрофлоре у 3 % здоровых людей и у 20-40 % пациентов госпитальных клиник. В анализе кала в норме она не должна превышать 105 кое/г. Однако если нарушается «здоровье» микрофлоры кишечника, что особенно часто происходит при приеме антибиотиков, то клостридии начинают усиленно размножаться, выделяя сильнодействующий яд (токсин), что приводит как минимум к диарее, но может вызвать и более серьезные заболевания.

Если клостридия обнаружена в кале в допустимых количествах, и отсутствуют другие настораживающие симптомы (диарея, тошнота, боли в животе),то не следует прибегать к медикаментозной терапии. В этом случае необходимо уделять особое внимание формированию здоровой микрофлоры кишечника.

Анализы и диагностика

Чтобы поставить диагноз, специалист обязательно изучает анамнез больного, обращая внимание на то, проводилась ли антибиотикотерапия.

Обязательно проводится лабораторное исследование кала на наличие в нем Clostridium difficile и их токсинов. При необходимости проводится эндоскопическое обследование толстого кишечника, при котором обнаруживают характерные признаки — желтоватые бляшки на слизистой, толстый слой наложений, изъязвленные участки, что может быть важно в процессе дифференциального диагноза. Возможно проведение рентгенографии.

Также проводят анализ крови, в котором при манифестных формах инфекции отмечаются неспецифические изменения.