MICROBIOLOGICAL PECULIARITIES OF HELICOBACTER PILORI INFECTION

Abstract


The article is devoted to the review of literature on the problem of the Helicobacter pylori infection.

Full Text

В настоящее время род Helicobacter включает в себя около 29 видов. На сегодняшний день представители рода Helicobacter выделены практически от всех видов теплокровных животных, даже от насекомых и этот список продолжает расширяться. Основное место в патологии человека занимает Helicobacter pylori. Клетки представляют из себя палочковидные бактерии, имеющие четыре морфологических варианта: слегка изгибающиеся посередине палочки, напоминающие по форме человеческую почку, S-образно изогнутые (точка изгиба располагается ближе к одному из концов клетки) по плоскости палочки, спиралевидные и кокковидные формы. Многочисленные жгутики располагаются перитрихиально, имеют на концах вздутия и покрыты чехлом. По типу дыхания являются микроаэрофилами. Растут на питательных средах медленно, температурный оптимум роста - 37ºC. Каталазо- и оксидазоположительные, гидролизуют мочевину [1]. Как и любая другая грамотрицательная бактерия, хеликобактер содержит в составе своей клеточной стенки липополисахарид, который является мощным антигеном, способным вызвать выраженный иммунный ответ. Однако H.pylori способен презентовать на О-специфической цепи своего липополисахарида групповые антигены Lewisb, которые характерны для моноцитов, макрофагов, гранулоцитов и клеток эпителия желудка Таким образом микроб маскируется под клетки организма-хозяина и избегает развития иммунного ответа [16]. При культивировании хеликобактера in vitro и в естественных условиях от наружной мембраны отпочковываются везикулы, она разрушается, возникает дефект клеточной стенки. Сначала клеточная стенка истощается за счет наружной мембраны, затем начинает страдать пептидогликан: он становится все более ячеистым. Дефекты нарастают и скелет перестает держать форму, она принимает энергетически наиболее выгодную сферическую форму (так называемый кокковидный морфологический вариант). Когда теряется весь пептидогликан, клетка переходит в сферопласт, окруженный только цитоплазматической мембраной, что является последней степенью потери клеточной стенки. Это один из способов уклонения от антибактериальной терапии [30]. Helicobacter pylori обладает микрокапсулой in vivo, однако при культивировании на питательных средах утрачивает её. По строению клеточной стенки H.pylori является типичным грамотрицательным микроорганизмом. Пептидогликан хеликобактера имеет некоторые особенности: он представляет из себя не сплошную цепь, а является прерывистым, в нем существуют дефекты, поперечные мостики расположены не так часто. Данная особенность пептидогликана H.pylori играет весьма важную роль для форм, способных переживать неблагоприятные условия в водоемах. Между цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой располагается периплазматическое пространство. S-образные формы клеток имеют отличия: наружная мембрана уплотнена, регулярность ригидного слоя нарушена, периплазматическое пространство уширено. Перечисленные признаки свидетельствуют о старении клетки [3]. H.pylori за счет наличия жгутиков имеет способность к активному передвижению, обладает хемотаксисом. При снижении pH желудочной слизи, хеликобактер распространяется по всей внутренней поверхности органа. Микроб обладает положительным таксисом в направлении увеличения вязкости желудочной слизи. Кроме того, жгутик очень интересен для эпидемиологического анализа. Средняя длина бактериального гена 300-400 нуклеотидов, а длина гена, кодирующего жгутиковый белок флагеллин, - 1300. Исследуя ген при помощи электрофореза, можно делать выводы о родстве штаммов [9]. Геном хеликобактера содержит всего 1,668 млн. пар нуклеиновых кислот. Для микроба характерна чрезвычайно высокая изменчивость: у хеликобактера между генами вставлены гомополимерные тракты (полиаденин или динуклеотидные повторы), из-за чего происходят ошибки при считывании генома. Ошибки способствуют накоплению необычных вариантов микроорганизма, часть из которых оказывается удачными, а неудачные варианты выбраковываются в эволюционном процессе. Кроме того, H.pylori обладает способностью к природной трансформации: он способен поглощать и рационально использовать фрагменты геномов других микроорганизмов [6, 28]. У некоторых штаммов H.pylori около 62 патогенных генов располагаются в так называемом острове патогенности cag PAI (cytotoxin-associated gene pathogenicity island), маркером которого является ген CagA. Те штаммы хеликобактера, которые несут остров патогенности, продуцируют CagA и обладают этим геном отнесены к типу I, тип II - лишенные гена, не продуцирующие белок. Соотношение этих штаммов в мире разнится в зависимости от региона [12, 24]. CagA - это иммуногенный протеин, состоящий из 1200 аминокислотных фрагментов, кодируемый CagA геном H.pylori и стимулирующий выделение интерлейкинов 8 типа, индуцирующих мощную воспалительную реакцию. В клетки желудочного эпителия CagA попадает с помощью сложной системы секреции IV типа. Данная система примечательна тем, что патогенные белки вводятся прямо в цитозоль клетки-мишени при непосредственном контакте с микробной клеткой [10]. Ген VacA (vacuolating cytotoxin-associated gene) отвечает за выработку вакуолизирующего цитотоксина, который действует на эпителий желудка, стимулируя образование вакуолей внутри клеток. Помимо этого VacA стимулирует образование пор в мембране эпителиоцитов, нарушает активность эндолизосом, снижает выработку соляной кислоты и нарушает рост и развитие клеток эпителия. Ген VacA является обязательным в геноме всех штаммов H.pylori, однако способностью к его экспрессии обладает только около 40-50% из них [4, 11]. Самое значительное положение среди ферментов занимает уреаза. Этот фермент известен достаточно давно, был первым получен в кристаллическом виде еще до открытия H.pylori. До выделения хеликобактера, ученые считали, что у человека выделяется естественная «желудочная уреаза». Однако открытие H.pylori с выявлением его энзиматического профиля перевернуло представление об этом ферменте в человеческом организме. С помощью выделения энзима в больших количествах, H.pylori создает благоприятные для своего существования условия: поступающая из крови мочевина пропотевает через стены желудка и скапливается в достаточных количествах в просвете желудка. Затем, она гидролизируется уреазой до аммиака и угольной кислоты [19]. Гидролиз мочевины завершается образованием щелочных продуктов, что приводит к локальному повышению значения pH вокруг микробной клетки. Уреаза хеликобактера способна изменить значение pH у здорового человека с 2,0 до 6,9, то есть практически до нейтрального. Однако если изначальный уровень кислотности у пациента находился не 2,0, то pH может быть поднято и до 9,0. Помимо всего перечисленного аммоний обладает и прямой токсической активностью: он поражает клетки, продуцирующие слизь, которая должна быть равномерно распределена и секретироваться в слизистый слой [29]. Очень важным фактором патогенности являются адгезины, с помощью которых H.pylori может избирательно соединяться с поверхностью эпителиоцитов желудка и закрепляться там. Наиболее изученными среди них являются белки Bab (blood-group associated binding adhesion) A и B. Они являются белками наружной мембраны хеликобактера и связываются с лигандами клеток эпителия желудка: сиаловыми кислотами, олигополисахаридами, как, например, групповой антиген крови Lewisb представленный на поверхности эпителиоцитов. Существуют разные варианты адгезии, самой страшной для человека является так называемая «чашечная адгезия» [7]. Прилипание микробной клетки сначала происходит на небольшом участке эпителиоцита, а дальше эпителиальная клетка, хоть и не является фагоцитом, начинает выполнять фагоцитоподобные движения, как бы обнимая бактериальную клетку. Нормальный скелет эпителиальной клетки поддерживается молекулами актина, но бактериальная клетка заставляет их полимеризоваться, удлиняться, что и приводит к формированию чашеподобного дефекта. Рано или поздно края эпителиоцита смыкаются, и бактериальная клетка оказывается погружена в эпителиальную. Это еще один путь уклонения от иммуноглобулинов [20]. У H.pylori существует целый ряд приспособлений, помогающих микробу закрепиться в желудке. Воздействие желудочной кислоты нейтрализуется выработкой больших количеств уреазы. Муциназа способствует уменьшению вязкости желудочого секрета, а протеазы нейтрализуют пепсин. Всё это облегчает движение хеликобактера в сторону эпителиального пласта [4]. Благодаря наличию жгутиков, хеликобактер движется в сторону эпителиоцитов желудка, по достижении которых происходит адгезия. Адгезия строго специфична, в ней участвуют белки наружной мембраны OMP (outer membrane proteins). H.pylori прикрепляется к вершине микроворсинок эпителиоцитов желудка, образуя прочные связи с помощью фимбрий. Первым звеном, взаимодействующим с клеткой желудочного эпителия, является белок HpaA. Однако ряд авторов полагает, что это не единственный адгезин микроба, помимо него существует целый комплекс факторов, направленных на прикрепление к месту дальнейшей колонизации слизистой оболочки желудка [21]. Отмершие бактериальные клетки разрушаются и продукты метаболизма интенсивно всасываются. Кроме того, ионы аммония обладают токсичностью по отношению к эпителиоцитам. Если штамм CagA позитивный, то CagA-белок активирует ядерный фактор, способствующий выбросу интерлейкина-8, обладающего мощнейшим воспалительным потенциальном. Нейтрофилы, поглотившие хеликобактер, претерпевают мощный окислительный взрыв, выбрасываются активные формы кислорода, разрушающие эпителиальный слой изнутри. Антигенпрезентирующие клетки индуцируют синтез иммуноглобулинов всех 4 классов, но, к сожалению, иммунный ответ не протективен [25]. Следует уточнить, что хеликобактериоз - хронический инфекционный процесс, характеризующийся наличием H.pylori у больного, не являющийся, однако, самостоятельной нозологической формой. Он является звеном патогенеза многих заболеваний. Патогенетически он ассоциирован с гастритом, язвенной болезнью желудка, лимфомой и дистальной некардиальной аденокарциномой желудка [2]. H.pylori является одним из самых распространенных микроорганизмов на планете. В целом, H.pylori, по оценкам разных групп ученых, можно обнаружить более чем у половины населения всей земли. К числу резервуаров и источников заражения, без сомнения, относится человек. Раньше хеликобактериоз считался безусловным антропонозом, однако благодаря использованию современных методов исследования было показано, что в слюне кошек, собак и свиней можно обнаружить фрагменты генома H.pylori, хотя выделить возбудителя из этих источников никому не удавалось. Всё же, эти факты требуют дополнительного уточнения [5, 23]. Второй резервуар для хеликобактера - водоемы: вода, овощи и фрукты, помытые этой водой. Однако очень важным является тот факт, что водоем не должен быть холодным и стоячим. Отчасти, это можно объяснить тем, что хеликобактер способен переходить в некультивируемую форму, весьма устойчивую во внешней среде, но способную к рекультивированию при попадании в благоприятные условия [22, 27]. На сегодняшний день известно 4 пути передачи H.pylori: фекально-оральный, орально-оральный, гастро-оральный, гастро-гастральный. Традиционный путь, сложившийся в процессе эволюции - фекально-оральный. Он реализуется достаточно часто в процессе ухода матери за ребенком и в детских коллективах. Данный путь более характерен для передачи хеликобактера в детском возрасте: ввиду несовершенства секретообразующих функций гастроцитов, pH желудка у ребенка 3,5-4,0, тогда как у здорового взрослого человека примерно 2, что является непреодолимым барьером для микроба, попавшего в организм фекально-оральным путём [15]. Второй путь передачи - орально-оральный. Он не так распространен, но описан и подтвержден молекулярно. Cтолбчатый эпителий желудка - единственный биотоп, который может быть колонизирован H.pylori, так как у него нет сайтов для адгезии на любых других слизистых. Однако у пациентов с патологией гастродуоденальной области нередко происходит заброс желудочного содержимого вместе с H.pylori, в ротовую полость. Колонизировать слизистую оболочку рта микроб не в состоянии, на длительное время в зубодесневых карманах он не задерживается, но некоторое время находится в ротовой полости. Если в это время произвести высев, либо анализ методом ПЦР, можно обнаружить наличие хеликобактера. Реализация этого пути возможна при совместном использовании столовых приборов за один прием пищи, при поцелуях [14]. Гастро-оральный путь инфицирования в большей мере является путем профессионального заражения персонала эндоскопических кабинетов. Среди всех категорий медицинского персонала наибольшую опасность хеликобактер представляет именно для них, потому что при извлечении влажного гастроскопа из пациента в воздухе на уровне головы персонала возникает микроаэрозоль, инфицированный H.pylori [17]. Четвертый путь, гастро-гастральный, является наименее эволюционным. Этот путь представляет серьезную опасность для нашей страны и является единственным путем инфицирования взрослого человека. При заборе материала слизистой желудка гастроскопом при верхней эзофагогастродуоденоскопии, он проходит через внутренний канал гастроскопа, оставляя на стенках слизь, обильно контаминированную H.pylori. Для полной дезинфекции гастроскопа требуется длительная экспозиция в специальных устройствах, в которых особое внимание уделяется промывке его внутреннего канала. Именно поэтому в более развитых странах в эндоскопических кабинетах один гастроскоп используется врачом один раз в день. В нашей стране реализовать такую схему не представляется возможным в связи с финансовыми трудностями [8, 26]. Таким образом, Helicobacter pylori является крайне сложным для изучения микроорганизмом, и несмотря на то, что открыт он больше 20 лет назад, интерес к нему всё возрастает, о чем свидетельствует более 36000 статей по запросу “Helicobacter pylori” в научной библиотеке PubMed и 5489 результатов в Elibrary. В дальнейшей работе планируется определение региональных особенностей биологических свойств и антибиотикорезистентности H.pylori, выделенных при заболеваниях желудка и двенадцатиперстной кишки.

About the authors

V S TERESHCHENKO

Email: basterser@yandex.ru

References

  1. Исаева Г. Ш., Поздеев О. К. Роль бактерий рода Helicobacter в патологии человека //Казанский медицинский журнал. - 2007. - Т. 88. - №. 1.
  2. Корсунский A. А., Выхристюк О. Ф. Хеликобактериоз как инфекционное заболевание: поиски решения проблемы //Детские инфекции. - 2004. - №. 3. - С. 56-60.
  3. Лабинская А. С., Костюкова Н. Н., Иванова С. М. Руководство по медицинской микробиологии. Частная медицинская микробиология и этиологическая диагностика инфекций. Книга 2 //М.: БИНОМ.-2010.-1152 с. - 2010.
  4. Файзуллина Р. А., Абдуллина Е. В. Факторы патогенности и вирулентности Helicobacter pylori и их роль в развитии хеликобактер-ассоциированной гастродуоденальной патологии //Практическая медицина. - 2011. - №. 48.
  5. Abdi F. S. et al. Detection of Helicobacter spp. DNA in the colonic biopsies of stray dogs: molecular and histopathological investigations //Diagnostic pathology. - 2014. - Т. 9. - №. 1. - С. 1-9.
  6. Alm R. A. et al. Genomic-sequence comparison of two unrelated isolates of the human gastric pathogen Helicobacter pylori //Nature. - 1999. - Т. 397. - №. 6715. - С. 176-180.
  7. Atuma C. et al. The adherent gastrointestinal mucus gel layer: thickness and physical state in vivo //American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. - 2001. - Т. 280. - №. 5. - С. G922-G929.
  8. Axon A. T. R. Transmission of Helicobacter pylori //The Yale journal of biology and medicine. - 1997. - Т. 70. - №. 1. - С. 1.
  9. Celli J. P. et al. Helicobacter pylori moves through mucus by reducing mucin viscoelasticity //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2009. - Т. 106. - №. 34. - С. 14321-14326.
  10. Fischer W., Busch B. The Helicobacter pylori CagA Protein: A Multifunctional Bacterial Toxin Delivered by Type IV Secretion //Bacterial Toxins: Genetics, Cellular Biology and Practical Applications. - Caister Academic Press Norfolk, UK, 2013. - С. 13-45.
  11. Jones K. R., Whitmire J. M., Merrell D. S. A tale of two toxins: Helicobacter pylori CagA and VacA modulate host pathways that impact disease //Frontiers in microbiology. - 2010. - Т. 1.
  12. Hatakeyama M., Higashi H. Helicobacter pylori CagA: a new paradigm for bacterial carcinogenesis //Cancer science. - 2005. - Т. 96. - №. 12. - С. 835-843.
  13. Garrity GM, Bell JA, Lilburn T. Phylum XIV. Proteobacteria phyl. nov. In: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. 2nd ed. Garrity GM, Brenner DJ, Krieg NR, Staley JT, editors. Springer, New York; 2005: p.1.
  14. Goh K. L. et al. Epidemiology of Helicobacter pylori infection and public health implications //Helicobacter. - 2011. - Т. 16. - №. s1. - С. 1-9.
  15. Gomez M. J. M. et al. Gastroduodenal ulcer and Helicobacter pylori infection in children // Gut. - British Med Assoc House, Tavistock Square, London WC1H 9JR, England : British Med Journal Publ Group, 2002. - Т. 51. - С. A84-A84.
  16. Liechti G., Goldberg J. B. Outer membrane biogenesis in Escherichia coli, Neisseria meningitidis, and Helicobacter pylori: paradigm deviations in H. pylori //Frontiers in cellular and infection microbiology. - 2012. - Т. 2.
  17. Luzza F. et al. Evidence favouring the gastro-oral route in the transmission of Helicobacter pylori infection in children //European journal of gastroenterology & hepatology. - 2000. - Т. 12. - №. 6. - С. 623-627.
  18. McIntosh K. A. et al. In situ detection of urease-positive Helicobacter pylori-like organisms on swine gastric mucosa //Canadian Journal of Veterinary Research. - 2010. - Т. 74. - №. 3. - С. 237.
  19. Mobley H. L. The role of Helicobacter pylori urease in the pathogenesis of gastritis and peptic ulceration //Alimentary pharmacology & therapeutics. - 1996. - Т. 10. - №. Sup1. - С. 57-64.
  20. Nell S. et al. Dynamics of Lewis b Binding and Sequence Variation of the babA Adhesin Gene during Chronic Helicobacter pylori Infection in Humans //mBio. - 2014. - Т. 5. - №. 6. - С. e02281-14.
  21. Odenbreit S. Adherence properties of Helicobacter pylori: impact on pathogenesis and adaptation to the host //International journal of medical microbiology. - 2005. - Т. 295. - №. 5. - С. 317-324.
  22. Queralt N., Bartolome R., Araujo R. Detection of Helicobacter pylori DNA in human faeces and water with different levels of faecal pollution in the northeast of Spain //Journal of applied microbiology. - 2005. - Т. 98. - №. 4.-С. 889-895.
  23. Sasani F. et al. Evaluation of Gastric Lesions Based on Helicobacter pylori and Helicobacter-Like Organisms (HLOs) in Cats; A Histopathological and Bacteriological Study //Jundishapur journal of microbiology. - 2014. - Т. 7. - №. 6.
  24. Schmidt H., Hensel M. Pathogenicity islands in bacterial pathogenesis //Clinical microbiology reviews. - 2004. - Т. 17. - №. 1. - С. 14-56.
  25. Sebkova L. et al. Extracellular signal-regulated protein kinase mediates interleukin 17 (IL-17)-induced IL-8 secretion in Helicobacter pylori-infected human gastric epithelial cells //Infection and immunity. - 2004. - Т. 72. - №. 9. - С. 5019-5026.
  26. Stone M. A. Transmission of Helicobacter pylori //Postgraduate medical journal. - 1999. - Т. 75. - №. 882. - С. 198-200.
  27. Tirodimos I. et al. Molecular detection of Helicobacter pylori in a large Mediterranean river, by direct viable count fluorescent in situ hybridization (DVC-FISH) //Journal of water and health. - 2014. - Т. 12. - №. 4. - С. 868-873.
  28. Tomb J. F. et al. The complete genome sequence of the gastric pathogen Helicobacter pylori //Nature. - 1997. - Т. 388. - №. 6642. - С. 539-547.
  29. Tsujii M. et al. Mechanism of gastric mucosal damage induced by ammonia //Gastroenterology. - 1992. - Т. 102. - №. 6. - С. 1881-1888.
  30. Zhukhovitsky V. G., Didenko L. V., Konstantinova N. D. Forms with defected cell wall of Helicobacter pylori in vitro // Gut. - British Med Assoc House, Tavistock Square, London WC1H 9JR, England : British Med Journal Publ Group, 2002. - Т. 51. - С. A6-A6.

Statistics

Views

Abstract - 30

PDF (Russian) - 5

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2015 TERESHCHENKO V.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies