Campylobacter.doc

Powrót chorób infekcyjnych: Campylobacter – nowy groźny ludzki enteropatogen

Return of the infectious diseases – Campylobacter as a new dangerous human enteropathogen

Anna Grabowska, Agnieszka Wyszyńska, Elżbieta K. Jagusztyn-Krynicka

Streszczenie: Mikroorganizmy rodzaju Campylobacter, głównie przedstawiciele dwu gatunków - Campylobacter jejuni i Cam­pylobacter coli, są aktualnie najczęściej izolowanymi ludzkimi enteropatogenami. Liczba przypadków stanów zapalnych jelit wywołanych infekcjami Campylobacter często przewyższa liczbę zarejestrowanych przypadków zakażeń pałeczkami rodzaju Salmonella lub Shigella. W ostatnim czasie wraz z wprowadzeniem do powszechnego użycia antybiotyków, zarówno w medycy­nie jak i weterynarii, znacząco wzrosła liczba rejestrowanych szczepów rodzaju Campylobacter opornych na dwa najczęściej stosowane w terapii antybiotyki: fluorochinolony i makrolidy. Prezentowana poniżej praca przeglądowa omawia problemy zwią­zane z narastaniem liczby szczepów rodzaju Campylobacter opornych na leki. Przedstawia przyczyny tego zjawiska, genetyczne mechanizmy warunkujące antybiotykooporność oraz mechanizmy odpowiedzialne za szybkie rozprzestrzenianie się oporności na leki wśród izolowanych od pacjentów szczepów (mutacje punktowe, mechanizmy usuwania antybiotyków, horyzontalny transfer genów).

Summary: Campylobacter spp. is the leading bacterial cause of human enteritis. The ratę of Campylobacter infections world-wide has been increasing, with the number of cases often exceeding those of salmonellosis and shigellosis. Two Campylobacter species are usually associated with most infections in man: Campylobacter jejuni and Campylobacter coli. The food animals, mainly poultry, are implicated as a primary reservoir of Campylobacter causing infection in humans. The increasing resistance of Campylobacter to broad rangę of antibiotics including fluoroquinolones and macrolides has become a major concern for public health. The paper shows how the widespread use of antibiotics has been followed by increasing bacterial resistance. It also de-scribes some mechanisms of antibiotic resistance in Campylobacter such as point mutation, efflux pumps and horyzontal gene transfer.

Wprowadzenie

Pomimo olbrzymiego postępu wiedzy dotyczącej wielu aspektów chorób infekcyjnych, nadal - jak podaje Światowa Organizacja Zdrowia - na świecie umiera ok. 15 milionów ludzi, często przedwcześnie, z powodu chorób zakaźnych. Przeprowadzony w 2002 r. przegląd literatury pozwolił na identyfikację 1415 gatunków organizmów patogennych dla człowieka [35]. Większość śmiertelnych przypadków (ponad 90%) spowodowanych jest przez kilka chorób, które w dobie antybiotyków, szczepionek oraz olbrzymiego postępu naukowego powinny, choć częściowo, znajdować się pod nasza kontrolą. Największe żniwo zbierają choroby układu oddechowego, choroby biegunkowe, malaria, odrą i ostatnio AIDS. Odpowiedzialne są one za ponad połowę przedwczesnych zgonów wśród dzieci i osób do 40 roku życia.

Przyczyn tak wysokiej śmiertelności i zachorowalności na choroby zakaźne można wymienić wiele. Oczywiste jest, że niski poziom warunków socjoekonomicznych (bieda, głód czy niedożywienie) panujących w wielu krajach świata sprzyja patogennym mikroorganizmom. Poza znanymi patogenami, z którymi jeszcze nie nauczyliśmy się skutecznie walczyć, stale pojawiają się nowe, tzw. emerging pathogens. Jako przykłady można podać wirus HIV, czynnik etiologiczny odmiany choroby Creutzfelda-Jacoba (vC/J), a wśród bakterii takie gatunki, jak Legionella pneumophila, Campylobacter jejuni, Bartonella henselae, Helicobacter pylori, Borrelia burgdorferi. Duże zagrożenie stanowią ponadto chorobotwórcze mikroorganizmy należące do grupy określanej w literaturze anglojęzycznej terminem re-emerging, czyli patogeny pojawiające się na nowo. Są to szczepy znanych od dawna mikroorganizmów, w których drogą mutacji lub horyzontalnego transferu doszło do modyfikacji „starych" lub nabycia „nowych" genów, co znacznie zwiększyło potencjalną wirulencję. Do tej grupy można zaliczyć np. oporne na antybiotyki szczepy Mycobacterium tuberculosis, Staphylococcus aureus czy szczepy E. coli EHEC (enterohemokrwo-toczne). Źródłem nowych, chorobotwórczych dla człowieka gatunków może być populacja ludzka (oporne na leki M. tuberculosis), populacje innych gatunków zwierząt (wirus HIV), ale także otaczające nas środowisko (L pneumophila). Większość wśród nich stanowią szczepy odzwierzęce [44].

Wyjątkowo poważny problem medyczny i ekonomiczny stanowi sukcesywnie narastająca oporność wielu szczepów bakteryjnych na antybiotyki. Zjawisko to spowodowane zostało niewłaściwym często stosowaniem antybiotyków w terapii chorób ludzkich oraz używaniem tych samych leków antybakteryjnych dla zapobie­gania epidemiom lub dla stymulacji wzrostu w stadach zwierząt hodowlanych. W przypadkach niektórych zakażeń medycyna jest bezradna, izolowano już szczepy bakteryjne oporne na wszystkie znane antybiotyki. Gromadzone przez epidemiologów dane wskazują na istotne zagrożenie, jakie mogą stanowić dla ludzkości oporne na stosowane leki szczepy organizmów chorobotwórczych. Od 1989 r. w 11 krajach świata odnotowano na przykład epidemie duru brzusznego wywołane szczepami Salmonella opornymi na wiele antybiotyków, a epidemie czerwonki w wielu regionach wywoływane są przez szczepy Shigella oporne na dwa najczęściej stosowane w terapii antybiotyki. W wielu krajach ok. 80% przypadków rzeżączki spowodowane jest infekcją szczepami Neisseria gonorrhoeae opornymi na penicylinę, antybiotyk do niedawna najczęściej stosowany w leczeniu tej choroby. W terapii wielu chorób infekcyjnych zachodzi aktualnie konieczność stosowania coraz to droższych leków nowej generacji, na użycie których z pewnością nie będą mogły sobie pozwolić kraje o niskim dochodzie i niedostatecznych nakładach przeznaczonych na działalność służby zdrowia. Wyleczenie jednego pacjenta zainfekowanego opornym na wiele leków szczepem M. tuberculosis kosztuje od 1500 do 4000 dolarów, średni koszt leczenia jednego dziecka chorego na zakażenie dróg oddechowych wzrósł z 5 do 40 dolarów, z uwagi na konieczność stosowania nowszych antybiotyków. Dodatkowy problem stwarzają szczepy bakterii szpitalnych oporne na wiele antybiotyków. Atakują one osoby chore, często po ciężkich operacjach, a więc wyjątkowo podatne na infekcje bakteryjne, będąc bezpośrednią przyczyną tysięcy zgonów.

Tylko w USA z powodu infekcji opornymi na antybiotyki szczepami szpitalnymi umiera każdego roku ok. 14000 osób.

Prezentowana poniżej praca przeglądowa omawia problemy związane z narastaniem liczby szczepów rodzaju Campylobacter opornych na najczęściej stosowane w terapii antybiotyki. Przedstawia przyczyny oraz mechanizmy tego zjawiska. Kampylobakterioza nie jest chorobą śmiertelną, choć ostatnio, wraz ze zwiększającą się liczbą osób o nieprawidłowo działającym układzie immunologicznym, coraz częściej odnotowywane są przypadki poważnych powikłań związanych z infekcją pałeczkami rodzaju Campylobacter.

Charakterystyka patogena, objawy chorobowe

Bakterie rodzaju Campylobacter, Gram-ujemne mikroaerofilne pałeczki, należące do podgrupy Epsilon-proteobacteria, to aktualnie najczęściej izolowane enteropatogeny, zarówno w krajach uprzemysłowionych, jak i rozwijających się [6, 26]. Mikroorganizm ten został prawdopodobnie po raz pierwszy zaobserwowany w 1886 r. przez Eschericha, a po raz pierwszy uznany za istotny czynnik chorobotwórczy w latach siedemdziesiątych XX wieku, kiedy opracowanie odpowiednich selekcyjnych podłóż wzrostowych i wprowadzenie innowacji do metod hodowli, umożliwiło hodowlę i systematyczne, wnikliwe badania szczepów rodzaju Campylobacter, a tym samym diagnostykę zakażeń. W USA w 1996 r. 46% zdiagnozowanych przypadków stanów zapalnych jelit wywołane było infekcją pałeczkami Campylobacter, 28% powiązano z zakażeniem pałeczkami Salmonella, 17% przypadków było następstwem infekcji bakteriami rodzaju Shigella, a 5% - zakażeniem komórkami Escherichia coli szczepu 0:157 [2], W skali rocznej nawet w krajach rozwiniętych ok. 1% populacji ulega infekcji pałeczkami Campylobacter (w USA rejestrowanych jest rocznie ponad 2 miliony przypadków kampylobakteriozy). Spośród 15 opisanych dotychczas gatunków drobnoustrojów należących do rodzaju Campylobacter ludzkie infekcje wywoływane są głównie przez 2 gatunki: Campylobacter coli i Campylobacter jejuni. Te dwa, nierozróżnialne klinicznie gatunki odpowiadają za ponad 95% objawów enteritis, wywołanych zakażeniem pałeczkami rodzaju Campylobacter. Kliniczna manifestacja infekcji bywa bardzo różnorodna i waha się od przypadków asymptomatycznych do ostrych stanów zapalnych jelit, którym towarzyszy długotrwała, krwawa i śluzowata biegunka. Te ostatnie symptomy chorobowe charakterystyczne są dla osób zakażonych z krajów uprzemysłowionych, które w przeszłości nie zetknęły się z tym mikroorganizmem. W większości przypadków choroba trwa od kilku dni do ponad tygodnia i ma tendencję do samowyleczenia [32]. U części zainfekowanych osób dochodzi do infekcji systemowych, przeniesienia zakażenia na inne organy oraz/lub do posocznicy. Ciężkie objawy chorobowe dotyczą głównie osób o obniżonej odporności (małe dzieci w wieku poniżej dwóch lat, ludzie starsi, ludzie po przebytych chorobach nowotworowych czy zainfekowani wirusem HIV). Wśród nosicieli wirusa HIV częstość zakażenia pałeczkami rodzaju Campylobacter jest 39 razy wyższa niż częstość notowana dla całej populacji danego obszaru geograficznego (badania prowadzono w Los Angeles County w latach 1983-87) [33]. Posocznica będąca niekiedy następstwem infekcji charakteryzuje się wysoką śmiertelnością- 30%.

Poważną konsekwencją zakażenia ludzi C. jejuni może być wystąpienie chorób autoimmunizacyjnych, takich jak reaktywny artretyzm oraz choroby neurologiczne: zespół Guillaina-Barrego (GBS) lub zespół Millera Fishera (MFS). GBS (zapalenie wielokorzeniowe obwodowego układu nerwowego) jest aktualnie - w erze postpolio - najczęstszą formą ostrego wiotkiego paraliżu, będącego następstwem infekcji bakteryjnych, wirusowych lub niektórych szczepień ochronnych. Mogą go wywoływać C. jejuni, Mycoplasma pneumoniae, cytomegalowirus, wirus Epsteina-Barr lub niektóre szczepionki antywirusowe [18]. Badania z lat osiemdziesiątych XX wieku udokumentowały wiodącą rolę zakażeń Campylobacter w indukcji GBS. Około 30-40% przypadków tego zespołu chorobowego jest następstwem infekcji Campylobacter, a częstość wystąpienia GBS szacowana jest na 1-2 przypadki na 1000 zdiagnozowa-nych infekcji Campylobacter. Mechanizm indukcji choroby polega na molekularnej mimikrze antygenów C. jejuni i gangliozydów otoczki mielinowej nerwów, co prowadzi do autoagresji układu odpornościowego [25]. Objawy chorobowe obserwuje się, co jest charakterystyczne dla chorób autoimmunizacyjnych, z pewnym opóźnieniem w stosunku do momentu zakażenia. Lag-faza trwa około 1-3 tygodni, co w znaczący sposób utrudnia wyizolowanie mikroorganizmu od pacjentów, szczególnie, jeśli wcześniej byli oni poddani kuracji antybiotykowej. Wykazano, że zakażenie niektórymi serotypami HS (głównie, choć nie tylko, HS:19 i HS:41) znacznie podwyższa ryzyko wystąpienia GBS. Do niedawna uznawano, że podstawą klasyfikacji serotypów (system serotypowania heat stable według Pennera) jest budowa LOS osłon komórek bakteryjnych. Badania Karlysheva i wsp. udowodniły, że determinantą serotypowania w tym systemie jest budowa otoczek polisa-charydowych [19]. Zsekwencjonowanie genomu C. jejuni NCTC11168 [27], analiza organizacji i regulacji ekspresji genów związanych z budową osłon komórkowych oraz otoczek polisacharydowych, a także analiza procesów sjalizacji powoli pozwala wyjaśnić mechanizm molekularnej mimikry odpowiedzialnej za indukcję GBS. Chociaż ryzyko rozwoju GBS jest znacząco wyższe u ludzi zainfekowanych serotypem HS: 19 (1 przypadek na 200 infekcji w porównaniu do 1:1000 dla ogółu szczepów Campylobacter), to nie u wszystkich spośród nich dochodzi do rozwoju choroby neurologicznej. Dodatkowo także kilka innych serotypów może wywoływać zjawisko molekularnej mimikry gangliozydów, a infekcja w tych przypadkach nie prowadzi do podwyższenia ryzyka wystąpienia objawów ze strony układu nerwowego. Wydaje się, że również genotyp gospodarza odgrywa znaczącą rolę w determinacji prawdopodobieństwa wystąpienia choroby neurologicznej w następstwie infekcji bakteryjnej.

Źródła infekcji, transmisja patogena

Większość ludzkich przypadków kampylobakteriozy, przynajmniej w krajach rozwiniętych, to przypadki sporadyczne. Lokalne epidemie, wybuchające stosunkowo rzadko, głównie wiosną i jesienią, związane są z konsumpcją surowego, zakażonego mleka lub wody. Rezerwuarem zarazka w przyrodzie są zarówno dzikie jak i hodowlane zwierzęta. Badania epidemiologiczne wykazują, że 80% sporadycznych przypadków kampylobakteriozy wywoływanych jest spożyciem zainfekowanego pałeczkami pożywienia pochodzenia zwierzęcego, głównie nieodpowiednio przygotowanego drobiu. Szacuje się, że około 50% tusz kurcząt, przeznaczonych do spożycia, jest zakażona pałeczkami Campylobacter. Źródła infekcji ptaków nie zostały dotychczas precyzyj­nie określone. Wiadomo, że do zakażenia stad kurczy dochodzi dość łatwo, a poziom kolonizacji jelit ptaków jest bardzo wysoki (może osiągać nawet 1010 c.f.u. /gram zawartości jelit). Nawet tak wysoki poziom kolonizacji nie wywołuje u ptaków objawów chorobowych, co uniemożliwia eliminację ze stada osobników zainfekowanych. Dawka infekcyjna dla człowieka jest niska (ok. 102 c.f.u.), dlatego też do zakażeń ludzi poprzez spożycie zakażonego pokarmu dochodzi łatwo i stosunkowo często [7]. W czerwcu 1999 r., w związku z tzw. aferą dioksynową w Danii (zanieczyszczenie dioksyna-mi pasz zwierzęcych) wycofano z rynku mięso drobiowe oraz jego przetwory. Spowodowało to obniżenie o ponad 40% liczby rejestrowanych ludzkich przypadków stanów zapalnych jelit spowodowanych infekcją Campylobacter, co dodatkowo potwierdziło przypuszczenie, że zanieczyszczone mikroorganizmem tusze drobiowe są głównym źródłem ludzkiej kampylobakteriozy [40].

Genotypowanie szczepów C. jejuni, izolowanych od zwierząt oraz pacjentów z różnymi objawami chorobowymi (przypadki asymptomatyczne, stany zapalne jelit, syndrom GBS), wykazały olbrzymią różnorodność genetyczną i antygenową przedstawicieli tego gatunku [11, 43]. Jak dotąd nie udało się skorelować konkretnych objawów chorobowych ani zdolności do kolonizacji konkretnego organizmu gospodarza z materiałem genetycznym infekującego szczepu. Aktualny stan wiedzy pozwala przypuszczać, że każdy szczep kolonizujący kurczęta stanowi potencjalne źródło ludzkich infekcji. Podobnie przeprowadzona w ostatnich latach genetyczna analiza populacji C. jejuni (przebadano około1000 klinicznych izolatów) metodą MLST (multilocus seąuence typing) wskazuje na wysoki poziom jej zróżnicowania i niskąklonalność [8, 9].

Terapia antybiotykowa

Liczba rejestrowanych przypadków ludzkich zakażeń C. jejuni i C. coli zdecydowanie wzrasta w ostatnich latach. Większość przypadków enteritis nie wymaga -poza uzupełnieniem płynów i elektrolitów - specjalnej terapii. W przypadku długotrwałych, ciężkich biegunek, wysokiej gorączki, stwierdzenia obecności pałeczek we krwi lub w wypadku jakichkolwiek objawów gastrycznych u osób z obniżoną odpornością zalecana jest kuracja antybiotykowa. Przy zdiagnozowanej kampylobakteriozie, przebiegającej bez systemowych infekcji, najczęściej stosowanym lekiem z wyboru jest erytromycy­na. Decyduje o tym łatwość jej użycia, brak poważnej toksyczności wobec organizmu ludzkiego i wysoki stopień skuteczności, w porównaniu z innymi lekami. Natomiast w przypadku stwierdzonych stanów zapalnych jelit bez identyfikacji czynnika etiologicznego chorób przeważnie w terapii stosowane są fluorochinolony, pochodne kwasu nalidyksowego. leki o szerokim spektrum działania. Podane we wczesnej lazie infekcji, środki antybakteryjne mogą zmniejszyć liczbę symptomów i skrócić czas trwania dolegliwości z 10 do 5 dni.

Oporność izolowanych szczepów Campylobacter na leki

•Przyczyny wzrastającej liczby szczepów Campylobacter opornych na stosowane w terapii antybiotyki

Jakkolwiek C. jejuni i C. coli są z reguły wrażliwe na różnorodne środki antybakteryjne, w ostatnich latach udokumentowana została wzrastająca oporność na znane i powszechnie stosowane terapeutyki, co wydaje się być istotnym problemem, pojawiającym się w leczeniu bakteryjnych chorób zakaźnych. Poziom oporności na antybiotyki stosowane w terapii ludzkich infekcji pałeczkami Campylobacter znacząco wzrasta, zarówno w krajach uprzemysłowionych (ok. 1-2% w skali rocznej), jak i - nawet w większym stopniu - w krajach rozwijających się [1, 12/36]. Opisane zjawisko ilustrują przytoczone poniżej przykłady. W 1984 r. w Lagos w Nigerii wrażliwe na erytromycynę było 82% izolowanych od zainfekowanych ludzi szczepów, natomiast 10 lat później, po wprowadzeniu tego antybiotyku do powszechnego stosowania, tylko 20,8% izolowanych szczepów Campylobacter pozostawało nań wrażliwe. Oporność tajlandzkich szczepów na cyprofloksacynę wzrosła od zera (przed 1991 r.) do 84% (w 1995 r.). ...