Leptospira

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

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

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, nazwaną później (1917) leptospirozą. Mikroorganizm wywołujący chorobę został po raz pierwszy opisany w 1907 roku w nerce pacjenta zmarłego na żółtą gorączkę. Kolejne opisy krętków pojawiały się około 1915 roku w Japonii oraz w Niemczech, 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.

Struktura

Leptospira sp. widziana w mikroskopie skaningowym.

Leptospiry to cienkie, spiralne krętki. Mają od 6 do 20 mikrometrów długości i 0,1 mikrometra szerokości. Zdarzają się również dłuższe osobniki. Posiadają haczyk na jednym lub obu końcach. Nadaje im to charakterystyczny kształt znaku zapytania. Ruch jest możliwy dzięki dwóm periplazmatycznym rzęskom, które rozciągają się na całej długości bakterii i zakotwiczają się na jej końcach. Niektóre zmutowane leptospiry mogą nie posiadać rzęsek. Białka krętków wykazują zdolności adhezyjne do macierzy pozakomórkowej komórek gospodarza.

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 oraz błony zewnętrznej.

Genom

Genom zawiera od 3,9 do 4,6 Mpz. Składa się z dwóch chromosomów, oznaczanych rzymskimi cyframi I oraz II. Zawiera dwa zestawy 16S i 23S rRNA i jeden gen 5S. U niektórych wykryto plazmid nazwany p74, którego nie ma w leptospirach patogennych. Do określania sekwencji genomu służy m.in. VNTR i MLST.

Fizjologia

Krętki te są obligatoryjnymi tlenowcami. Optymalna temperatura do ich wzrostu to 28–30 °C. Rosną na podłożach wzbogaconych witaminami np. B2 lub B12, kwasami tłuszczowymi oraz solami amonowymi. Kwasy tłuszczowe są jedynym źródłem węgla i są metabolizowane poprzez beta-oksydację. Można też wyhodować leptospiry z materiału pobranego od chorego.

Minimalna temperatura do wzrostu patogennych leptospir wynosi 13-15 °C. Saprofityczne krętki mogą wzrastać już przy temperaturze ok. 5 °C. Są wrażliwe na wysoką temperaturę, wysychanie oraz na środki dezynfekujące.

Mają zdolność do tworzenia biofilmu. Dzięki tej zdolności mogą łatwiej przystosować się do warunków panujących u gospodarza czy tych w wodzie. Leptospiry posiadają sfingomielinazy, hemolizyny oraz poryny.

Systematyka Leptospira

Leptospira obserwowana w mikroskopie z ciemnym polem

Rodzaj Leptospira razem z rodzajami Turneria oraz Leptonema zalicza się do rodziny Leptospiraceae.

Obecnie stosuje się podział oparty na genotypie. Jest on stosowany od 1989. 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.

Wszystkie odkryte gatunki Leptospira zostały podzielone na 25 serogrup oraz 300 serotypów.

W 2002 Komisja Taksonomii Leptospir Międzynarodowej Unii Stowarzyszeń Mikrobiologów (International Union of Microbiological Societies) ustaliła zapis dla poszczególnych gatunków tej rodziny krętków.

W oparciu o analizę filogenetyczną podzielono gatunki na trzy grupy: patogenną, saprofityczną (nie jest patogenna dla ludzi) oraz grupę o cechach pośrednich.

Gatunki patogenne

• L. interrogans
• L. kirschneri
• L. borgpeterseni
• L. noguchi
• L. alstoni
• L. weilii
• L. alexanderi
• L. santarosai
• L. canicola
• L. autumnalis
• L. hebdomadis
• L. hardjo
• L. kmetyi
• L. meyeri
• L. inadai
• L. fainei
• L. genomspecies 1

Gatunki saprofityczne

• L. biflexa
• L. vantielii
• L. wolbachii
• L. terpstrae
• L. kmetyi
• L. yanagawa
• L. meyeri
• L. genomspecies 3
• L. genomspecies 4
• L. genomspecies 5

Gatunki o cechach pośrednich

• L. licerasiae
• L. inadai
• L. wolffii
• L. fainei
• L. broomi

Na podstawie 16S rRNA opracowano następujący kladogram.

L. idonii Saito et al. 2013 L. wolbachii Yasuda et al. 1987 L. vanthielii Smythe et al. 2013 L. biflexa (Wolbach and Binger 1914) Noguchi 1918 emend. Faine and Stallman 1982 L. terpstrae Smythe et al. 2013 L. yanagawae Smythe et al. 2013 L. meyeri Yasuda et al. 1987 L. inadai Yasuda et al. 1987 L. licerasiae Matthias et al. 2009 L. wolffii Slack et al. 2008 L. broomi Levett et al. 2006 L. fainei Perolat et al. 1998 L. kmetyi Slack et al. 2009 L. alstonii Smythe et al. 2013 L. nogchii Yasuda et al. 1987 L. interrogans (Stimson 1907) Wenyon 1926 emend. Faine and Stallman 1982 (gatunek typowy) L. kirschneri Ramadass et al. 1992 L. alexanderi Brenner et al. 1999 L. mayottensis Bourhy et al. 2014 L. weilii Yasuda et al. 1987 L. borgpeterseni Yasuda et al. 1987 L. santarosai Yasuda et al. 1987

Epidemiologia

Krętki te występują powszechnie na całym świecie. Zakażają dwa rodzaje gospodarzy: organizmy stanowiące rezerwuar bakterii (u których bakteria zazwyczaj nie powoduje żadnych zmian chorobowych) lub gospodarzy przypadkowych. Endemiczne zakażenia, które mają charakter przewlekły, dotyczą gatunków, które są naturalnymi rezerwuarami. Najczęściej są nimi gryzonie lub inne małe ssaki. Mogą to być również konie, świnie, bydło, psy, koty, ponadto dzikie zwierzęta. 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. Szczególnie często gospodarzem dla Leptospira są przedstawiciele myszowatych. U ludzi infekcja jest zazwyczaj spowodowana aktywnością rekreacyjną lub kontaktem z zakażonymi zwierzętami.

Patogeneza

Tkanka nerki wybarwiona srebrem z bakteriami Leptospira

Leptospiroza zwykle przebiega jako infekcja uogólniona, która u części chorych ma potencjalnie ciężki przebieg. Patogenne krętki mogą powodować subkliniczne zakażenie z występującą gorączką, przypominające grypę. Ciężka postać układowa nazywana zespołem Weila przebiega z uszkodzeniem nerek, wątroby, żółtaczką, niedokrwistością, gorączką i zaburzeniami świadomości. Występują również krwotoki. Często prowadzi ona do śmierci. Na przebieg choroby wpływ mają liczba i wirulencja leptospir oraz stan kliniczny i immunologiczny chorego.

Ruchliwe, cienkie leptospiry mogą przedostawać się do organizmu poprzez nieuszkodzone błony śluzowe lub przez uszkodzenia na skórze. Możliwą drogą infekcji jest również inhalacja. Następnie krętki z miejsca inokulacji rozprzestrzeniają się drogą krwionośną do tkanek organizmu. Mogą też przedostać się do centralnego układu nerwowego.

Patogeneza zakażenia nie jest wyjaśniona, potencjalnie w patogenezie mogą brać udział mechanizmy immunologiczne, działanie toksyn i białek powierzchniowych. 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. W pierwszych kilku dniach od wniknięcia leptospir można je izolować z krwi oraz płynu mózgowo-rdzeniowego. W późniejszym okresie izolacja jest możliwa z moczu.

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.

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 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.

Hodowla

Krętki można hodować na specjalnych podłożach płynnych, stałych lub półpłynnych np. podłożu Flechtera lub podłożu EMJH. 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.

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.

Diagnostyka molekularna

Badania mające na celu wykrycie leptospir w materiale pobranym za pomocą sond molekularnych od chorych mają małą przydatność.

Techniki amplifikacji kwasów nukleinowych, mimo że są skuteczniejsze, nie są obecnie dostępne do rutynowej diagnostyki. Do metod tych zalicza się m.in. PCR.

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”. Bada on zdolność surowicy chorego do aglutynacji krętków. 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. Do rozpoznania leptospirozy konieczny jest czterokrotny wzrost miana przeciwciał. 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. Przeciwciała mogą utrzymywać się kilka lat od zakażenia, ich obecność wskazuje na zanikającą odpowiedź humoralną lub pozostałość po niezdiagnozowanym i nieleczonym zakażeniu.

Stosowane bywają również test makroskopowej aglutynacji szkiełkowej i test ELISA. Muszą one jednak zostać potwierdzone dodatnim wynikiem hodowli lub testu mikroskopowej aglutynacji.

Leczenie

W leczeniu choroby o ciężkim przebiegu wykorzystuje się dożylnie benzylopenicylinę lub ampicylinę. W lżejszych przypadkach stosuje się też doksycyklinę lub ampicylinę. Skuteczność wykazują również cefalosporyny III generacji i azytromycyna. W leczeniu objawowym wyrównuje się zaburzenia wodno-elektrolitowe, wykonuje dializoterapię w ostrej niewydolności nerek, stosuje leczenie przeciwgorączkowego. Jeśli występuje nadwrażliwość na penicyliny, podaje się tetracykliny. Doksycyklina jest również stosowana w leczeniu profilaktycznym u osób narażonych na ekspozycję leptospir.

Stosowane są również szczepienia przeciw leptospirom. Początki prac nad nimi sięgają 1916. Stwierdzono wówczas, że podanie martwych krętków chroni przed infekcją. 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.

Oporność

Nie opisano oporności leptospir na antybiotyki.

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.

Przeczytaj ostrzeżenie dotyczące informacji medycznych i pokrewnych zamieszczonych w Wikipedii.