Глава IV. Антимикробная терапия, проблемы и перспективы. 4.1. Классификация возбудителей инфекций, их этиологическое значение

Прогресс в области клинической микробиологии и инфектологии в последние десятилетия расширил наши представления об известных возбудителях инфекционных болезней и позволил выявить ряд ранее неизвестных инфекций человека. В этой связи в последние десятилетия произошло существенное изменение наших представлений об этиологии многих заболеваний.

Существует достаточно большое количество классификаций возбудителей инфекций, однако, наиболее удобной, с точки зрения практического использования, является их подразделение на бактерии, грибы, вирусы, простейшие и другие инфекционные агенты (например, прионы).

Биологическая классификация бактерий неоднократно пересматривалась. Но лишь современная классификация, представленная в Руководстве по систематике бактерий Берджи, содержит ясные указания о медицинском значении представителей конкретных таксонов.

Бактерии представляют по сравнению с вирусами более высокий (клеточный) уровень организации. Они входят в надцарство прокариотических (одноклеточных, "доядерных") микроорганизмов, для которых характерны:

• геном в виде кольцевидно замкнутой двухспиральной молекулы ДНК, лежащей непосредственно в цитоплазме клетки;
• амитотическое бинарное деление;
• размеры в пределах 0,3–2 мкм;
• рибосомы 70S;
• отсутствие митохондрий, эндоплазматической сети, комплекса Гольджи и хлоропластов;
• наличие пептидогликана в клеточной стенке;
• широкий спектр вариантов метаболизма и выраженные адаптационные свойства.

Основой определения систематического положения являются: морфология и тинкториальные свойства клеток (форма, размеры, взаимное расположение, спорообразование, окраску по Граму и другими методами), культуральные, биохимические, антигенные характеристики, а также чувствительность к различным антимикробным воздействиям и степень генетического родства с представителями других таксонов (по процентному соотношению содержания гуанина и цитозина в геноме, гомологии нуклеиновых кислот и способности к обмену генетической информацией).

По уровню биологической организации бактерии стоят ниже эукариотических организмов (грибов, простейших, гельминтов), для которых характерно оформленное ядро, набор линейных хромосом с диплоидным набором генов, митотическое деление, половое размножение, сопровождающееся мейозом и кроссинговером, размеры более 2 мкм, рибосомы 80S, митохондрии, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, отсутствие эндоспор.

Несмотря на введение новых методов таксономических исследований, вопрос о полной и всеобъемлющей классификации бактерий остается до конца нерешенным. Даже истинное родство, выявленное по гомологии нуклеиновых кислот, свидетельствует лишь о наличии общего предка и может быть оспоренно. Наибольшее практическое значение имеют схемы идентификации, основанные на морфофизиологических, тинкториальных, метаболических и других легко выявляемых свойствах бактерий

Определение этих свойств в ходе диагностики позволяет не только выделять и идентифицировать чистые культуры, но и дифференцировать их с представителями сопутствующей микрофлоры, не связанными с заболеванием. Даже начальные этапы исследования могут дать ценную информацию для выбора средств этиотропной терапии.

Морфология и тинкториальные свойства. По морфологическому принципу бактерии разделяют на шаровидные (кокки), палочковидные (овоидные, коккобациллы, прямые, изогнутые, вибрионы, с закругленными, заостренными, "обрубленными" концами, ветвящиеся, нити) и извитые формы (спиралевидные с одним или более завитками). В зависимости от расположения в микропрепарате различают одиночные, попарно расположенные клетки (диплококки), в виде тетрад (тетракокки), цепочек (стрептококки, стрептобациллы), пакетов (сарцины), беспорядочных скоплений (стафилококки).

Тинкториальными свойствами называют способность воспринимать красители и характерно окрашиваться. Наибольшее значение для идентификации имеет использование сложных (дифференцирующих) методов, в первую очередь метода Грама, позволяющего различить грамположительные и грамотрицательные бактерии. При окраске этим методом грамположительные бактерии окрашиваются в сине-фиолетовый цвет, а грамотрицательные　– в бордово-красный, что отражает различия в строении клеточных стенок бактерий двух групп.

На основании результатов микроскопии окрашенных по методу Грама препаратов из патологического материала можно ориентировочно судить о составе микрофлоры и степени микробной обсемененности материала, что позволяет выбрать более адекватные методы и средства диагностики и начальной антимикробной терапии. Результаты параллельного выделения и идентификации возбудителя с дальнейшим определением чувствительности уточняют сделанный выбор.

Из других методов часто используют окраску по Цилю–Нильсену, позволяющую выявить кислотоустойчивые формы бактерии (Mycobacterium spp., Nocardia spp.) и споры (покоящиеся формы). Например, микобактерии туберкулеза окрашиваются в красный цвет, а некислотоустойчивые клетки　– в синий.

По наличию особых (необязательных) структурных элементов различают бактерии:

• спорообразующие (Clostridia spp., Bacillus spp.) и аспорогенные (энтеробактерии и др.);
• капсулированные (Klebsiella spp., S.pneumoniae, B.anthracis и др.);
• безкапсульные (Vibrio spp., Brucella spp. и др.);
• подвижные (образующие жгутики), например многие грамотрицательные палочки;
• неподвижные (многие кокки).

Метаболические свойства. Особенности конструктивного и энергетического метаболизма бактерий позволяют выделить несколько групп по типам питания и биологического окисления (дыхания). Различают бактерии:

• по типам усвоения углерода – гетеротрофы (используют углерод органических соединений) и аутотрофы (используют углерод неорганических соединений);
• по типам дыхания – аэробы (растут на воздухе), анаэробы (растут в бескислородной среде), факультативные анаэробы (растут как в отсутствие, так и в присутствии кислорода), микроаэрофилы (растут при пониженном парциальном давлении кислорода), капнофилы (растут при повышенном парциальном давлении углекислого газа).

Микроорганизмы, использующие для получения энергии в качестве источника электронов органические соединения, называют хемоорганотрофами, неорганические соединения　– хемолитотрофами.

Поскольку расщепление глюкозы – универсального источника энергии и органогенов　– у бактерий может происходить разными путями, выделяют ферментирующие и неферментирующие бактерии. Для первых характерен бродильный тип метаболизма (перенос электронов в бескислородной среде от источника энергии только на органические соединения, синтезированные клеткой), для вторых　– окислительный (перенос электронов через цепь "дыхательных" ферментов на кислород с образованием перекисных соединений).

Среди патогенных для человека преобладают микроорганизмы с окислительным или окислительным и бродильным типом метаболизма (аэробы и факультативные анаэробы соответственно). Большинство клинически значимых видов относят к мезофилам　– для них температурный оптимум роста находится в пределах 25–40^oС (в отличие от психрофилов и термофилов, имеющих соответственно более низкие или более высокие значения оптимума).

По способности расти на простых (универсальных) питательных средах (по типу мясопептонного бульона или агара Хоттингера) различают бактерии неприхотливые (Staphylococcus spp., энтеробактерии и др.) и прихотливые (Streptococcus spp., Haemophilus spp., Neisseria spp. и др.).

Прихотливые бактерии могут расти только в присутствии обогащающих среду добавок (крови, ее сыворотки, дрожжевого экстракта и др.), содержащих факторы роста　– гемин, витамины, аминокислоты, нуклеотиды, липиды. Бактерии, зависящие от тех или иных факторов роста и неспособные синтезировать какие-либо соединения из глюкозы и солей аммония как единственных источников углерода и азота, называют ауксотрофами. Ауксотрофность характерна для многих патогенных бактерий.

Антигенная структура. По локализации, химической природе и физико-химическим свойствам у бактерий различают антигены нескольких типов:

• термостабильный О-антиген (соматический) представлен боковыми полисахаридными цепями липополисахарида клеточной стенки грамотрицательных бактерий;
• К-антиген (капсульный, или оболочечный)　– термостабильными полисахаридами капсулы или термолабильными белками наружной мембраны грамотрицательных бактерий, а также клеточной стенки и капсулы грамположительных бактерий;
• Н-антиген (жгутиковый)　– термолабильным белком, флагеллином жгутиков.

Различия в строении указанных антигенов определяют принадлежность к тому или иному антигенному (серологическому) варианту микробного вида. Так, внутри вида E.coli насчитывают десятки серогрупп и сероваров, которые имеют специальные обозначения, например E.coli О157:Н7 (возбудитель геморрагического колита с гемолитико-уремическим синдромом).

Патогенность и вирулентность. Как и у других микроорганизмов, бактериальные виды подразделяют на безусловно-патогенные (возбудители классических инфекций), условно-патогенные или потенциально патогенные (возбудители оппортунистических инфекций) и непатогенные для человека (не имеют медицинского значения).

Если первые не встречаются в составе микрофлоры здорового человека и при попадании в его организм, как правило, вызывают развитие инфекции, то вторые часто обнаруживаются у здоровых людей и вызывают инфекционный процесс лишь при особых условиях (дефект или общее снижение антиинфекционной резистентности организма, массивность заражения и др.).

По степени опасности для человека и общества в нашей стране бактерии относят к 4 группам (в порядке убывания опасности):

• I　– возбудитель чумы;
• II　– возбудители холеры, сибирской язвы, бруцеллеза и других "особо опасных инфекций";
• III　– возбудители туберкулеза, дифтерии, брюшного тифа и других классических инфекций;
• IV　– стафилококки, клостридии, протеи и другие возбудители оппортунистических инфекций.

По мере накопления соответствующей информации принадлежность видов к той или иной группе может пересматриваться. В зависимости от фенотипической выраженности патогенного потенциала конкретный представитель (штамм, клон, вариант) патогенного или условно-патогенного бактериального вида может быть высоко-, умеренно- или маловирулентным.

Вирулентность складывается из патогенных свойств штамма: адгезивности, инвазивности, персистентных характеристик, цитотоксичности, токсигенности и других свойств. Изменение вирулентности штамма может быть следствием приобретения или утраты факторов патогенности: капсулы, белков адгезинов и инвазинов, токсинов и других структур и веществ микроба, обеспечивающих возникновение и развитие инфекции. На практике при решении вопроса об этиологической или эпидемиологической значимости того или иного штамма нередко приходится учитывать выраженность его патогенных свойств, наличие конкретных факторов патогенности и/или соответствующих генетических детерминант (например, токсигенные и нетоксигенные дифтерийные палочки, высоко- и низкоинвазивные иерсинии).

Принципы идентификации, изложенные в Определителе бактерий Берджи, 9-е издание которого вышло в 1994　г., нашли наибольшее распространение в практической бактериологии. В соответствии с ними (на основе строения клеточной стенки и отношения к окраске по Граму) бактерии разделены на 35 групп, входящих в 4 категории:

• I – грамотрицательные эубактерии;
• II – грамположительные эубактерии;
• III – эубактерии, лишенные клеточной стенки – микоплазмы (Mollicutes);
• IV – археобактерии (Archaea).

Патогенные для человека виды относятся к эубактериям (I–III). В определители приведены названия 14 групп, к которым относят бактерии, имеющие медицинское значение. Далеко не все представители перечисленных родов имеют медицинское значение. Поэтому на практике необходимо учитывать не только родовую и видовую принадлежность выделенного микроорганизма, но в ряде случаев и патогенный потенциал штамма (например, принадлежность E.coli к определенному патогенному варианту), локализацию его в организме и степень обсеменности им клинического материала.

В связи с этим приводим данные о частоте обнаружения бактериальных видов в различных биотопах организма человека и их этиологической значимости при соответствующих локальных инфекциях. Конечно, эти сведения будут уточняться по мере накопления клинических данных и результатов таксономических исследований.

Вопросы классификации и номенклатуры бактерий важны не только для специалистов в области таксономии, основной задачей которых является уточнение систематического положения и филогенетической близости видов. Они определяют практические подходы к выделению и идентификации микроорганизмов, имеющих медицинское значение, проведению адекватной антимикробной терапии и профилактики, обеспечивают унификацию терминов и понятий. Без этого невозможно эффективное взаимодействие врачей разных специальностей, имеющих дело с проявлениями инфекционного процесса (Таб. 4.1).

Таблица 4.1. Основные патогенные и условно-патогенные для человека бактерии

Бактерии подразделяют на различные группы, основные представители которых, а также заболевания, ими вызываемые, представлены ниже (Таб. 4.2).

Таблица 4.2. Микроорганизмы и вызываемые ими инфекционные заболевания

Вирусы, в зависимости от нуклеиновой кислоты, несущей генетическую информацию, подразделяют на РНК-содержащие и ДНК-содержащие. Основные семейства вирусов и наиболее значимые их представители, вызывающие заболевания у человека, представлены в таблице 4.3.

Таблица 4.3. Основные семейства вирусов и их представители, имеющие медицинское значение

Грибы с практической точки зрения подразделяют на дрожжеподобные (типичный представитель - Candida spp.), лучистые или филаментозные (типичные представители - дерматофиты - Microsporum spp., Epidermophyton spp., Trichophyton spp.) и диморфные (например, Coccidioides immitis). Распространенность инфекций, вызываемых теми или иными грибами, имеет определённую географическую зависимость (например, диморфные грибы встречаются практически эксклюзивно в Южной Америке). В то же время, другие грибковые инфекции (например, кандидозы) имеют повсеместное распространение. Однако, их частота значительно выше у определённых контингентов пациентов (например, с иммунодефицитными состояниями, после трансплантации органов, при ряде онкологических заболеваний). Кроме того, были идентифицированы заболевания, вызванные грибковыми возбудителями, ранее считавшимися непатогенными для человека. Так, например, описаны инфекции у пациентов со СПИДом, вызванные Penicillium marneffei.

Простейшие (или протозоа), такие как трихомонады, лямблии, амебы и др., способны вызывать ряд заболеваний у людей. Причём, появление особых категорий пациентов (например, больных СПИДом), привело к увеличению сообщений о трудно поддающихся лечению инфекциях, вызванными этими возбудителями (например, инфекции ЖКТ, вызванные Cryptosporidium parvum).

Таким образом, современный подход к пациенту с симптомами и признаками инфекционного заболевания требует расширения спектра поиска возможных возбудителей. При этом определяющим со стороны клиницистов становится своевременный и правильный выбор соответствующего клинического материала для микробиологического исследования, а также строгое соблюдение правил и сроков доставки его в микробиологическую лабораторию. Со стороны микробиологов необходим квалифицированный подход к выбору соответствующего метода (или методов) исследования клинического материала и обоснованная интерпретация полученных результатов на основе тесного взаимодействия с клиницистами. Только комплексный (междисциплинарный) подход к пациенту с инфекционным заболеванием может обеспечить своевременное и рациональное его лечение с достижением максимально возможного положительного результата.

Следует подчеркнуть, что конечный результат исследования зависит не только (а иногда и не столько) от компетентности и адекватных действий микробиолога, но и от грамотности действий тех специалистов, которые имеют отношение к исследуемому материалу на долабораторном этапе.

Не менее важное значение имеет правильная интерпретация врачами результатов микробиологического анализа, что также требует достаточных знаний о свойствах возбудителей инфекций человека. Многообразие возбудителей бактериальных инфекций не должно быть препятствием на пути рационального контроля за болезнями этой группы.