Биологические свойства возбудителя туляремии

Туляремия является острым инфекционным природно-очаговым заболеванием с поражением лимфатических узлов, паренхиматозных органов, кожных покровов, иногда глаз, зева, легких и сопровождается выраженной интоксикацией. Заболевание преимущественно встречается в ландшафтах умеренного климатического пояса Северного полушария.

Основным резервуаром и источником инфекции при туляремии являются многочисленные виды диких грызунов, зайцеобразные и др. Основная роль в поддержании инфекции в природе принадлежит грызунам (водяная крыса, обыкновенная полевка, ондатра и др.). Больной человек не опасен для окружающих.

Механизм передачи заболевания множественный, чаще всего трансмиссивный. Возбудитель сохраняется в природе в цикле «клещ-животное», передается сельскохозяйственным животным и птицам клещами и кровососущими насекомыми. Специфические переносчики туляремии – иксодовые клещи. Человек заражается туляремией в результате прямого контакта с животными (снятие шкур, сбор павших грызунов и др.), а также алиментарным путем через инфицированные грызунами пищевые продукты и воду. Часто заражение происходит через кровососущих переносчиков (клещи, комары, блохи, слепни и другие членистоногие). Возможно заражение и аспирационным путем (при вдыхании инфицированной пыли от зерна, соломы, овощей). Зарегистрированы случаи заболеваний людей на производствах, связанных с переработкой природного сырья (сахарные, крахмалопаточные, спиртовые заводы, элеваторы и т.п.), на мясокомбинатах, при забое овец и крупного рогатого скота, на котором имелись инфицированные клещи.

Пути заражения: контактный (через кожу и слизистую оболочку глаз), трансмиссивный (при укусе переносчика), алиментарный (через ЖКТ), аспирационный (через дыхательные пути).

Возбудитель туляремии относится к γ–подклассу прото протобактерий, семейству Francisellaceae, роду Francisella, который включает два вида: F. tularensis и F. philomiragia.

В пределах вида F. tularensis выделяют 4 подвида: F. tularensis subsp. tularensis или nearctica - неарктический, F. tularensis subsp. holarctica – голарктический, F. tularensis subsp. mediasiatica - среднеазиатский и F. tularensis subsp. novicida. Подвид holarctica включает в себя три биологических варианта: japonica - японский биовар, биовар I Ery(S) (эритромицинчувствительный) и биовар II Ery(R) (эритромицинрезистентный).

Внутривидовая дифференциация возбудителя туляремии основывается на различиях подвидов и биоваров по ряду фенотипических признаков: биохимической активности, степени патогенности для человека и животных, чувствительности к некоторым антибиотикам, на особенностях экологии возбудителя и его ареале. На генотипическом уровне подвиды различаются при VNTR – анализе генома. На территории России встречается F. tularensis подвида holarctica с двумя биоварами – I Ery(S) и II Ery(R), циркуляция которых осуществляется главным образом среди грызунов и зайцеобразных. Распространение их также возможно через иксодовых клещей и водные объекты.

Возбудитель туляремии F.tularensis в мазках 1–2 суточной культуры, выращенной на плотных питательных средах, представляет собой кокковидные клетки диаметром 0,3–0,5 мкм. В мазках, приготовленных из культуры с жидких питательных сред, туляремийный микроб имеет форму коротких палочек. В тканях животных, погибших от туляремии, возбудителя обнаруживают в виде коккобактерий. При длительном выращивании на питательных средах туляремийные бактерии проявляют значительный полиморфизм: встречаются как более крупные, шарообразные до 3 мкм в диаметре клетки, так и мельчайшие до 0,1–0,2 мкм.

Туляремийные бактерии неподвижны, грамотрицательны, но окрашиваются бледнее анилиновыми красителями, чем другие грамотрицательные бактерии, размножаются почкованием, спор не образуют, выделяют капсулоподобное слизистое вещество. Слизистую консистенцию культуры выявляют в окрашенных мазках и при эмульгировании бактериальной массы в капле физиологического раствора (культура тянется за петлей). В мазках, окрашенных по Граму, обильную слизь обнаруживают в виде сплошной тонкой сеточки розового цвета.

Бактерии туляремии – факультативные анаэробы. Оптимальная температура их выращивания 36-38 ºС, при более низкой температуре размножение происходит медленнее, а ниже 20 ºС – прекращается. Оптимальная концентрация водородных ионов в средах для выращивания туляремийного микроба 6,8-7,3. Возбудитель туляремии не растет на обычных питательных средах – МПА и МПБ (исключение – F. tularensis subsp. novicida), а требует для своего выращивания среды, содержащие кровь, яичный желток или их заменители. На этом основана дифференциальная диагностика туляремийного микроба. Из плотных питательных сред, применяемых для выращивания F. tularensis, наиболее распространена свернутая желточная среда Мак-Коя. Культура туляремийного микроба на ней растет в виде извилистого, блестящего, нежного, почти бесцветного, слизистого налета, хорошо снимающегося петлей. Поверхность посева состоит из множества слившихся мелких колоний, напоминающих «шагреневую кожу». Рост в виде отдельных колоний встречается только при посеве из органов животных со скудным содержанием туляремийных бактерий и появляется в более поздние сроки (на 9–12 сутки).

Наравне со свернутой желточной средой Мак-Коя для выращивания возбудителя туляремии используют кровяную среду Емельяновой, FТ-агар, среды, приготовленные на основе сухого агара для выращивания туляремийного микроба, в том числе с добавлением антибиотиков.

Культура в S-форме на кровяной среде Емельяновой вырастает в виде круглых с ровными краями, равномерно выпуклых, гладких, слабо блестящих беловатого цвета гомогенных колоний, размером до 1–2 мм в диаметре. Бактерии, образующие колонии в S-форме, высоковирулентны для лабораторных животных, колонии слабовирулентных штаммов (SR-форма) более крупных размеров. Авирулентные культуры вырастают в R- форме и агглютинируются трипафлавином. Туляремийные бактерии слабо ферментируют до кислоты лишь немногие углеводы и спирты на специальных средах. Среды Гисса для этого не пригодны. Ферментирующая способность у разных подвидов туляремийного микроба неодинакова (таблица 17).

 

Таблица 17

Характеристика F. tularensis (по подвидам) и F. philomiragia

Признак	Подвиды Francisella tularensis	Francisella philomiragia
tularensis	holarctica	media-siatica	novicida
Размер, мкм	< 0,5	< 0,5	< 0,5	< 1,5	< 1,5
Наличие капсулы	+	+	+	–	н/д
Тинкториальные свойства	Гр^-	Гр^-	Гр^-	Гр^-	Гр^-
Подвижность	–	–	–	–	–
Рост на стандартных средах	–	–	–	+ (–)	+
Рост на среде с цистеином	+	+	+	–	–
Рост в питательном бульоне, 0 % NaCl	–	–	–	–	–
Рост в питательном бульоне, 6 % NaCl	–	–	–	+(–)	+(–)
Оптимальная температура культивирования, ^оС					25 или 37
Образование H2S на среде с цистеином	+	+	+	+	+
Образование H2S на стандартных средах	–	–	–	–	+
Образование индола	–	–	–	–	+
Образование уреазы	–	–	–	–	–
Восстановление нитратов	–	–	–	–	–
β–лактамазная активность	+	+	–	+	+
Ферментация до кислоты: мальтоза лактоза сахароза D-глюкоза глицерин	+ – – + +	+ – – + –	– – – – +	+ (–) – + + + (–)	+ – + + (–) –
Продукция цитриуллинуреидазы	+	–	+	+	н/д
Продукция индофенолоксидазы	–	–	–	–	+
Продукция каталазы	+	+	+	+	+
Протеолитическая активность	–	–	–	–	+
Агглютинабельность с противотуляремийной сывороткой	+	+	+	+(–)	–
Моль% G+C ДНК	33–36	33–36	33–36		33–34
% гомологии по гену 16 S рРНК с F. tularensis ATCC 6223	≥99,8	≥99,8	≥99,8	≥99,8	≥98,3
Наличие гена lpn, кодирующего синтез белка молекулярной массой 17 kD	+	+	+	+	+
LD50 для кроликов, м.к.	< 101	> 106	> 106	> 106	н/д
Минимальная заражающая доза для мышей, м.к.	< 103	< 103	< 103	–	н/д
Ареал распространения	Только на территории Северной Америки	На территории северного полушария, за исключением Англии, Исландии и Португалии	Район поймы реки Чу и Или (Казахстан) и дельта реки Амударья (Узбекистан).	Территория Северной Америки, единичные случаи в Австралии и Тайланде	Территория Северной Америки

Примечание: н/д – нет данных, +(–) – признак характерен для большинства выделенных штаммов.

 

Липополисахарид туляремийного микроба является основным иммунодоминантным антигеном и мишенью специфического антительного ответа макроорганизма на возбудитель. На выявлении специфических туляремийных антител против эпитопов ЛПС основана серологическая диагностика туляремии у человека и животных. Структура и антигенная специфичность ЛПС бактерий F. tularensis трёх основных подвидов (кроме F. tularensis subsp. novicida) идентична. В отличие от классических эндотоксинов, препараты ЛПС возбудителя туляремии характеризуются биологической инертностью – они являются слабыми индукторами цитокинов и не токсичны для лабораторных животных. Экзотоксин у бактерий туляремии не обнаружен. Для человека высокопатогенен подвид tularensis, подвиды holarctica и mediasiatica умеренно патогенны.

Геном туляремийного микроба представлен хромосомой, размер которой около 1830 т.п.н. У большинства представителей семейства Francisellaceae не обнаружены собственные фаги и плазмиды. Исключение составляет только F.

tularensis subsp. novicida, у которой выявлена мелкая криптическая плазмида pFN. Для обнаружения ДНК возбудителя туляремии в исследуемом материале используется молекулярно-генетический метод – полимеразная цепная реакция (ПЦР). В основе ПЦР – выявление в геноме возбудителя нуклеотидных последовательностей, детерминирующих факторы патогенности F. tularensis. Причина высокой патогенности туляремийного микроба до конца не определена. Из числа возможных факторов вирулентности рассматриваются: липополисахарид (ЛПС), белок размером 23 kD, ферменты биосинтеза пуринов, пептидогликанов, Clp-протеаза теплового шока, белки патогенности Pdp, регуляторные белки MglA и MglB. Все они имеют значение для персистенции патогена в макрофагах – важного этапа в развитии инфекционного процесса. Однако наиболее специфичными из изученных генов являются fopA, отвечающий за синтез наружной мембраны и igl ABCD оперон, кодирующий синтез белка размером 23 kD. Они имеют высокую степень сходства у всех подвидов туляремийного микроба и на их основе осуществляется синтез туляремийных родоспецифичных праймеров для ПЦР.

Генетическую вариабельность подвидов и отдельных штаммов туляремийного микроба связывают с наличием областей дифференциации RD, с вариабельными тандемными повторами (VNTR) и полиморфизмом единичных нуклеотидов (SNP). VNTR- и SNP-типирование F. tularensis позволяет проводить межподвидовую и межштаммовую дифференциацию, устанавливать географическое происхождение возбудителя.

Возбудитель туляремии обладает выраженными аллергизирующими свойствами. Аллергенное действие характерно как для живых, так и убитых бактерий туляремии – различной степени вирулентности. На этом свойстве F. tularensis основан аллергический метод диагностики туляремии у человека. Туляремийный микроб патогенен для многих видов животных и человека. Из лабораторных животных высокую чувствительность к туляремии проявляют белые мыши и морские свинки. При подкожном заражении инфицированным материалом белые мыши в среднем погибают на 3–4 сутки, и при вскрытии у них обнаруживают: резкую гиперемию и отечность сосудов подкожной клетчатки; воспалительный инфильтрат в месте введения материала; увеличение, гиперемию и уплотнение регионарных лимфатических узлов, печени, селезенки; гиперемию стенок кишечника.

Морские свинки при подкожном заражении инфицированным материалом погибают на 6–9 сутки. Патологоанатомические изменения в органах морской свинки при гибели от туляремийной инфекции хорошо выражены. При вскрытии у них обнаруживают: гиперемию и отек сосудов подкожной клетчатки, воспалительный инфильтрат с геморрагиями и участками некроза в месте введения материала; резкое увеличение, гиперемию и уплотнение регионарных лимфатических узлов, печени, селезенки. На поверхности и в глубине ткани селезенки, печени хорошо заметны некротические узелки сероватого цвета («саговая селезенка»). В брюшной полости накапливается серозно-геморрагический экссудат.

 

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Занятие 1