CC BY
81
© А. В. Лавриненко, 2019 УДК 579.222
А. В. Лавриненко
ВИРУЛЕНТНЫЙ ACINETOBACTER BAUMANNII
В последние годы АсювЬоЬасЬвг ЬаитаппИ является одним из важнейших нозокомиальных патогенов, распространенных по всему миру. А. ЬаитаппИ известен своей способностью выживать в течение длительного периода времени в госпиталях, склонен к развитию множественной устойчивости к антибиотикам, также несомненна его роль в развитии серьезных инфекций у критических пациентов. В статье описаны основные факторы вирулентности А. ЬаитаппИ - пили, липополисахариды, везикулы наружной мембраны, липазы, биопленки, эндотоксин, капсульный полисахарид, система секреции. Описанные факторы вирулентности и накопленные механизмы устойчивости формируют серьезный внутрибольничный патоген.
Acinetobacter baumannii является оппортунистическим внутрибольничным патогеном [50]. Это один из шести самых важных микроорганизмов с множественной лекарственной устойчивостью, распространенных в медицинских учреждениях во всем мире [29].
A. baumannii приписывают широкий спектр заболеваний - он может быть этиологическим агентом вентилятор-ассоциированных пневмоний [59] инфекций кровотока, катетер-ассоциированных бактериемий [67], инфекций мочевыводящих путей, раневых инфекций, вторичный менингит и эндокардит [29, 50].
Стоит отметить и то, что возбудитель не только устойчив ко многим антибактериальным препаратам, но и легко приобретает устойчивость к другим [21, 28]. Уровень смертности может достигать 35% [1, 21].
Несмотря на большое количество работ, посвященных связи больничных вспышек A. baumannii, тяжелых инфекций и устойчивости к антибиотикам, факторам, определяющим вирулентность и патогенность этого микроорганизма, в настоящее время уделяется мало внимания, хотя новые данные по вирулентности и патогенности также могут помочь в диагностике, лечении и профилактике A. baumannii - инфекции.
Поиск литературы был проведен в базах данных PubMed, Cochrane Library, Google Scholar, Scopus, BioMed Central, Web of know-ledge, eLi-brary - за последние 10 лет. Основными поисковыми терминами были «Acinetobacter baumannii», «антибиотикорезистентность», «патогенез A. baumanni», «MDR A. baumanni», «вирулентность», «физико-химические факторы», «биопленки», «везикулы наружной мембраны», «липополисаха-рид» (ЛПС). Поиск литературы включал в себя статьи на английском, русском и казахском языках. Более 100 публикаций было отработано и часть включена в
настоящий обзор. Тезисы, постерные доклады и кандидатские диссертации не были включены в поиск литературы.
Факторы вирулентности. Основываясь на молекулярно-генетических исследованиях, анализе секвенирования, на моделировании животных, данные о факторах вирулентности A baumannii и MDR A. baumannii постоянно пополняются.
Пили, ЛПС. Адгезия на клетках обусловлена пили и аморфным (полисахаридсо-держащим) материалом [9]. Определяющими среди факторов вирулентности продолжает оставаться ЛПС. Полисахаридная часть ЛПС представляет собой разветвленные молекулы. ЛПС типовых штаммов A. baumannii имеет в своем составе D-галактозу, 2-ацетамидо-2-деокси D-галактозу, 2-а цета мидо-2-деоксиЮ-глюкозу, 3-деокси3-ф-3-гидроксибут ирамидо) -D-хиновозу, D-галактозу, Ы-ацетилЮ-галак-тозамин, Ы-ацетилЮ-глюкозамин [5]. В связи с повсеместным распространением MDR A. bau-mannii ЛПС стал индикатором чувствительности ацинетобактерий к колистину (полимик-сину): у колистинрезистентных штаммов наблюдается полная потеря ЛПС, либо происходят существенные модификации его компонента - липида А [49, 58]. Присутствующие поверхностные белки на внешней мембране (Outer Membrane Proteins, Omp - AbOmpA) играют роль в адгезии, инвазии, а также в активном распространении A. baumannii во время инфицирования [3, 43, 61], устойчивости к системе комплемента и формированию биопленок [38, 60]. Также известно, что OmpA, TonB-зависимый рецептор и Omp обеспечивают закрепление на фибронектине [52].
Везикулы наружной мембраны. Появились публикации о разнообразии бактериальных молекул белков наружной мембраны. Одна из них - везикула наружной мембра-
ны (OMV). Это сферическая нановезикула, имеющая средний диаметр 20-200 нм и состоящая из липополисахаридов (LPS), белков, ли-пидов и ДНК или РНК [34, 36, 56, 60]. OMV продуцируется не только A. baumannii, но и другими грамотрицательными микроорганизмами со специфическими факторами вирулентности [7, 14, 20, 45, 46]. OMV выполняет важную функцию в патогенезе - опосредованное индуцирование цитотоксичности [55], содержимое OMV доставляется в клетки-хозяина через рецептор-опосредованный эндоцитар-ный путь или слияние с плазмой клетки-хозяина.
Липазы. Ацинетобактерии могут активно проникать через эпителиальные барьеры, бактериальной инвазии способствуют ферменты инвазии [6] - липазы (в т. ч. фосфоли-пазы C и D), белки с ДНКазной (OmpA) активностью, сериновая протеаза. ДНКазные свойства OmpA обеспечивают повреждение хромосомной ДНК, что возможно при внутриклеточной локализации ацинетобактерий. С вирулентностью A. baumannii ассоциируются ами-нопептидаза, уреаза и кислая фосфатаза [12]. OmpA также запускает каспазозависимый апо-потоз эпителиальных клеток и повреждение митохондрий. Система захвата железа, главным компонентом которой является сидеро-фор ацинетобактин, наносит тканям ущерб за счет того, что «отбирает» у них ионы железа [39].
Биопленки. Вспомним о способности белков Omp участвовать в процессе биоплен-кообразования. A. baumannii легко образует биопленки на коже и инфекциях мягких тканей, на ранах, на повязках, на абиотических поверхностях (эндотрахеальные трубки, мочевые катетеры, стекло, пластик) [34, 42, 60]. Большинство таких штаммов A. baumannii кодируют и продуцируют систему I chaperone-usher pilus system, обозначенную Csu pili. Csu pili, регулируемые системой BfmRS42, которая имеет решающее значение в формировании биопленок на абиотических поверхностях, включая полистирол [9].
Наличие биопленок у клинических штаммов A. baumannii способствует низкому проникновению антибиотиков в клетку и способствует развитию лекарственной устойчивости [10, 13, 19, 24, 65]. Этот процесс усиливают ионы кальция и железа, а продукция сери-новых протеаз негативно действует на процесс биопленкообразования [57].
Основным адгезином, участвующим в процессе биопленкообразования являются пи-
ли [9], затем белок OmpA и биопленочный белок Bap, который также обеспечивает развитие и созревание биопленок на различных субстратах [18, 25]. Bap - это белок клеточной поверхности, идентичный стафилококковому Bap [17, 41]. BapAb секретируется через систему секреции I типа (T1SS) и опосредует формирование и созревание биопленок A. baumannii [32, 33]. Некоторые штаммы A. baumannii также кодируют Bap-подобные белки, BLP1 и BLP2, которые также вносят вклад в формирование зрелых биопленок [22]. Получены интересные данные о том, что при температуре 25° процесс биопленкообразования идет активнее, чем при 37° и данное умозаключение связано также с белками Baps [26, 36].
Важным элементом структуры, обеспечивающим поддержание целостности биопленки при ограничении питательных веществ и других неблагоприятных воздействиях принадлежит полисахариду поли-р-(1-6)-М-ацетил-глюкозамин, или PNAG (аббревиатура от англ. poly-p-(1-6)-N-acetylglucosamine) [15, 63].
Эндотоксин. Стоит уделить немного внимания еще одному фактору вирулентности - эндотоксину - липиду А. Эндотоксин оказывает токсический эффект на клетки и в то же время является стимулятором воспалительной реакции - запуска toll-подобных рецепторов (TLR2) и рецепторов TLR4 [35, 47, 61].
Капсулы. Клинические штаммы A. baumannii могут также формировать полисаха-ридные капсулы (полисахарид К) - еще один фактор вирулентности. Продукция этого фактора находится под контролем генов ptk и epsA [62]. Полисахарид К характеризуется неоднородностью углеродного состава и функционирует как гликановый щит, охватывающий всю бактериальную клетку и защищает ее от внешних воздействий [64]. Проведенное исследование Руссо и соавт. показало, что капсула AB307-0294, выделенная из клинического штамма A. baumannii, играет важную роль в выживании возбудителя в организме хозяина [51, 62]. Так, имеются данные о жизнеспособности A. baumannii и устойчивости к высыханию в течение почти 100 дней [23, 31]. Т. е. можно предположить о переходе A. baumannii в состояние покоя [16]. Очевидно, что в этот период времени происходит потеря воды. Ре-гидратация может вызвать различные повреждения ДНК, включая алкилирование, окисление, сшивание, удаление оснований и разрывы нитей [53]. Для предотвращения и восстановления данных повреждений включается белок
RecA28 [48]. В период покоя (высыхания) также индуцируется окислительный стресс [30]. В ответ на него появляются штаммы A. baumannii, содержащие элемент ISAbal выше гена каталазы katG, который повышает устойчивость к высокому уровню перекиси водорода
[7].
Белковая секреция. Как и у другие грамотрицательных патогены, A. baumannii также имеет в своем арсенале секретируемые белки, необходимые для более легкой адаптации к клетке-хозяину и окружающей среде. Известно 6 типов системы секреции A. baumannii [2, 4, 27, 36, 44, 54, 66]. Наиболее значимые: первая секреторная система, идентифицированная у A. baumannii - автотранспорт адгезина Acinetobacter (Ata) [11]. Ата присутствует во многих клинических изолятах и может быть применена в разработке вакцин против A. baumannii [11]. Система 6 типа (T6SS) необходима в бактериальной конкуренции при полимикробной этиологии инфекционного процесса [4, 66]. Система секреции 2 типа (T2SS) используется для экспорта эффекторных белков [2, 44]. Два этих эффектора, липаза LipA и металлопротеаза CpaA, необходимы свои ша-пероны LipB и CpaB, система секреции 3 типа также используется для эффекторных белков. Система секрета 2 и 3 типа считается важным фактором, определяющим колонизацию легких и распространению в другие органы. Доказано, что CpaA - один из основных факторов вирулентности, секретируемых T2SS в качестве мутанта cpaA [40].
Таким образом, в статье описаны основные факторы вирулентности A. baumannii -пили, ЛПС, везикулы наружной мембраны, липазы, биопленки, эндотоксин, капсульный полисахарид, система секреции. Все эти факторы вирулентности и накопленные механизмы устойчивости сформировали серьезный внут-рибольничный патоген.
ЛИТЕРАТУРА
1 Алексеева Е. И. Некоторые особенности эпидемического процесса внутрибольнич-ных инфекций в детских ожоговых отделениях /Е. И. Алексеева, А. В. Слободенюк // Гигиена и эпидемиология. - 2007. - V. 1 (39). -P. 93-95.
2 Acinetobacter baumannii is dependent on the type II secretion system and its substrate LipA for lipid utilization and in vivo fitness /T. L. Johnson, U. Waack, S. Smith et al. //J. Bacteriol. - 2015. - V. 198. - P. 711-719.
3 Acinetobacter baumannii outer membrane protein A targets the nucleus and induces
cytotoxicity /C. H. Choi, S. H. Hyun, J. Y. Lee et al. //Cell Microbiol. - 2008. - V. 10. - P. 309-319.
4 Acinetobacter baumannii utilizes a type VI secretion system for bacterial competition /M. D. Carruthers, P. A. Nicholson, E. N. Tracy et al. //PLoS ONE. - 2013. - V. 8. - e59388.
5 Acinetobacter: an emerging pathogen with a versatile secretome /M. Noha, L. Elhosse-iny, A. Ahmed et al. //Elhosseiny and Attia Emerging Microbes & Infections. - 2018. - V. 7. -P. 33.
6 Alcoforado D. J. Molecular weaponry: diverse effectors delivered by the Type VI secretion system /D. J. Alcoforado, Y. C. Liu //Cell. Microbiol. - 2015. - V. 17. - P. 1742-1751.
7 Assessment of biofilm formation and resistance to imipenem and ciprofloxacin among clinical isolates of Acinetobacter baumannii in Tehran /A. Abdi-Ali, S. Hendiani, P. Mohammadi et al. //Microbiol. - 2014. - V. 7 (1). - P. 166168.
8 Assessment of insertion sequence mobilization as an adaptive response to oxidative stress in Acinetobacter baumannii using IS-Seq. / M. S. Wright, S. Mountain, K. Beeri et al. //J. Bacteriol. - 2017. - V. 199. - e00833-16.
9 Attachment to and biofilm formation on abiotic surfaces by Acinetobacter baumannii: involvement of a novel chaperone-usher pili assembly system /A. P. Tomaras, C. W. Dorsey, R. E. Edelmann et al. //Microbiol. - 2003. - V. 149. -P. 3473-3484.
10 Badave G. K. Biofilm Producing Multidrug Resistant Acinetobacter baumannii: An Emerging Challenge /G. K. Badave, D. Kulkarni // J. Clin. Diagn. Res. - 2015. - V. 9. - P. 8-9.
11 Bentancor L. V. Identification of Ata, a multifunctional trimeric autotransporter of Acinetobacter baumannii /L. V. Bentancor, A. Camacho-Peiro, C. Bozkurt-Guzel et al. //J. Bacteriol. - 2012. - V. 194. - P. 3950-3960.
12 Bergogne-Berezin E. Acinetobacter: Biology and Pathogenesis /E. Bergogne-Berezin, H. Friedman, M. Bendinelli //New York: Springer. - 2008. - P. 236.
13 Biofilm formation in Acinetobacter baumannii: associated features and clinical implications /J. Rodríguez-Baño, S. Martí, S. Soto et al. //Clin. Microbiol. Infect. - 2008. - V. 14. - P. 276-278.
14 Biofilm formation in clinical isolates of nosocomial Acinetobacter baumannii and its relationship with multidrug resistance /E. Babapour, A. Haddadi, R. Mirnejad et al. //Asian Pac. J. Trop. Biomed. - 2016. - V. 6 (6). - P. 528-533.
15 Brade H. Biological activities of the
lipopolysaccharide and lipid A from Acinetobacter calcoaceticus /H. Brade, C. Galanos //J. Med. Microbiol. - 1983. - V. 16 (2). - P. 211-214.
16 Bravo Z. The long-term survival of Acinetobacter baumannii ATCC 19606T under nutrient-deprived conditions does not require the entry into the viable but non-culturable state // Arch. Microbiol. - 2016. - V. 198. - P. 399-407.
17 Brossard K. A. The Acinetobacter baumannii biofilmassociated protein plays a role in adherence to human epithelial cells /K. A. Brossard, A. A. Campagnari //Infect Immun. -2012. - V. 80 (1). - P. 228-233.
18 Cerqueira G. M. Insights into Acinetobacter baumannii pathogenicity /G. M. Cerqueira, A. Y. Peleg //IUBMB Life. - 2011. - V. 63 (12). -P. 1055-1060.
19 Characterization of bacterial biofilms formed on urinary catheters /R. Djeribi, W. Bouchloukh, T. Jouenne et al. //Am. J. Infect. Control. - 2012. - V. 40. - P. 854-859.
20 Clinical isolates of Acinetobacter baumannii from a Portuguese hospital: PFGE characterization, antibiotic susceptibility and biofilm-forming ability /A. Duarte, S. Ferreira, S. Almeida et al. //Comp. Immunol. Microbiol. Infect. Dis. -2016. - V. 45. - P. 29-33.
21 Costs of healthcare-and community-associated infections with antimicrobial-resistant versus antimicrobialsusceptible organisms /M. J. Neidell, B. Cohen, Y. Furuya et al. //Clin. Infect. Dis. - 2012. - V. 55. - P. 807-822.
22 De Gregorio E. Biofilm-associated proteins: news from Acinetobacter //BMC Genomics.
- 2015. - V. 16. - P. 933.
23 Deciphering the multifactorial nature of Acinetobacter baumannii pathogenicity /L. C. Antunes, F. Imperi, A. Carattoli et al. //PLoS ONE.
- 2011. - V. 6. - e22674.
24 Donlan R. M. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms /R. M. Donlan, J. W. Costerton //Clin. Microbiol. Rev. -2002. - V. 15. - P. 67-193.
25 Effect of incubation temperature on antibiotic resistance and virulence factors of Acinetobacter baumannii ATCC 17978 /P. M. De Silva, P. Chong, D. M. Fernando et al. //Antimicrob. Agents. Chemother. - 2018. - V. 62 (1). -e01514-01517.
26 Effect of temperature and plumbing materials on biofilm formation by Legionella pneumophila serogroup 1 and 2-15 /A. Assaidi, M. Ellouali, H. Latrache et al. //J. Adhes. Sci. Technol. - 2018. - P. 1-14.
27 Eijkelkamp B. A. H-NS plays a role in expression of Acinetobacter baumannii virulence
features //Infect. Immun. - 2013. - V. 81. - P. 2574-2583.
28 Epidemiology and impact of imipenem resistance in Acinetobacter baumannii /E. Lautenbach, M. Synnestvedt, M. G. Weiner et al. // Infect. Control Hosp. Epidemiol. - 2009. - V. 30. - P. 1186-1278.
29 Falagas M. E. Attributable mortality of Acinetobacter baumannii: no longer a controversial issue /M. E. Falagas, P. I. Rafailidis //Crit. Care. - 2007. - V. 11. - P. 134.
30 Gayoso C. M. Molecular mechanisms involved in the response to desiccation stress and persistence in Acinetobacter baumannii // Proteome Res. - 2014. - V. 13. - P. 460-476.
31 Giannouli M. Virulence-related traits of epidemic Acinetobacter baumannii strains belonging to the international clonal lineages I-III and to the emerging genotypes ST25 and ST78 //BMC Infect. Dis. - 2013. - V. 13. - P. 282.
32 Goh H. M. Molecular analysis of the Acinetobacter baumannii biofilm-associated protein //Appl. Environ. Microbiol. - 2013. - V. 79. -P. 6535-6543.
33 Harding C. M. Pathogenic Acinetobacter species have a functional type I secretion system and contactdependent inhibition systems //J. Biol. Chem. - 2017. - V. 292. - P. 9075-9087.
34 Harding C. M. Uncovering the mechanisms of Acinetobacter baumannii virulence /C. M. Harding, S. W. Hennon, M. F. Feldman //Nat. Rev. Microbiol. - 2018. - V. 16 (2). - P. 91-102.
35 Identification and characterization of a glycosyltransferase involved in Acinetobacter baumannii lipopolysaccharide core biosynthesis /N. R. Luke, S. L. Sauberan, T. A. Russo et al. //Infect Immun. - 2010. - V. 78. - P. 2017-2023.
36 Influence of temperature and surface kind on biofilm formation by Staphylococcus aure-us from food-contact surfaces and sensitivity to sanitizers /Q. G. da Silva Meira, I. de Medeiros Barbosa, A. A. Athaydeet al. //Food Control. -2012. - V. 25 (2). - P. 469-475.
37 Influence of the alginate production on cell-to-cell communication in Pseudomonas aeruginosa PAO1 /J. Yang, M. Toyofuku, R. Sakai et al. //Environ. Microbiol. Rep. - 2017. - V. 9 (3). - P. 239-249.
38 Jun S. H. Acinetobacter baumannii outer membrane vesicles elicit a potent innate immune response via membrane proteins //PLoS ONE. - 2013. - V. 8. - e71751.
39 Juttukonda L. J. Acinetobacter baumannii coordinates urea metabolism with metal import to resist host-mediated metal limitation /L. J. Juttukonda W. J. Chazin, E. P. Skaar //mBio. -
2016. - e01475-16.
40 Kinsella R. L. Defining the interaction of the protease CpaA with its type II secretion-chaperone CpaB and its contribution to virulence in Acinetobacter species //J. Biol. Chem. - 2017. - 808394.
41 Loehfelm T. W. Identification and characterization of an Acinetobacter baumannii biofilm-associated protein /T. W. Loehfelm, N. R. Luke, A. A. Campagnari //J. Bacteriol. - 2008. -V. 190 (3). - P. 1036-1044.
42 Longo F. Biofilm formation in Acinetobacter baumannii /F. Longo, C. Vuotto, G. Donelli //New Microbiologic. - 2014. - V. 37. -P. 119-127.
43 McConnell M. J. Acinetobacter baumannii: human infections, factors contributing to pathogenesis and animal models /M. J. McConnell, L. Actis, J. Pachon //FEMS Microbiol. Rev. - 2013. - V. 37. P. 130-155.
44 Medically relevant acinetobacter spe-
cies require a type II secretion system and specific membrane-associated chaperones for the export of multiple substrates and full virulence /C. M. Harding, R. L. Kinsella, L. D. Palmer et al. // PLoS Pathog. - 2016. - V. 12. - e1005391.
45 Molecular analysis and expression of bap gene in biofilm-forming multi drug-resistant Acinetobacter baumannii /O. Azizi, F. Shahche-raghi, H. Salimizand et al. //Rep. Biochem. Mol. Bio. - 2016. - V. 5 (1). - P. 62.
46 Multidrug resistance related to biofilm formation in Acinetobacter baumannii and Klebsiella pneumonia clinical strains from different pulsotype /P. A. de Campos, S. Royer, D. W. da Fonseca Batistäo et al. //Curr. Microbiol. -2016. - V. 72 (5). - P. 617-627.
47 Multi-resistant infections in repatriated patients after natural disasters: lessons learned from the 2004 tsunami for hospital infection control /I. Ugkay, H. Sax, S. Harbarth et al. //J. Hosp. Infect. - 2008. - V. 68. - P. 1-8.
A. V Lavrinenko
VIRULENT ACINETOBACTER BAUMANNII
Shared aaboratory of scientific-research center NCJSC «Karaganda medical university» (Karaganda, Kazakhstan)
In recent years, Acinetobacter baumannii is one of the most important nosocomial pathogens all over the world. A. baumannii is known for its ability to survive for a long period in hospitals, is prone to the development of multiple antibiotic resistance, and its role in the development of serious infections in critical patients is also undeniable. The article describes the main virulence factors of A. baumannii - pili, lipopolysaccharides, outer membrane vesicles, lipases, biofilms, endotoxin, capsular polysaccharide, secretion system. The virulence factors described and the accumulated resistance mechanisms form a serious nosocomial pathogen.
Keywords: Acinetobacter baumannii, antibiotic resistance, pathogenesis of A. baumannii, MDR A. baumannii, virulence, physicochemical factors
А. В. Лавриненко
ВИРУСТЫК ACINETOBACTER BAUMANNII
«КаpаFанды медициналык университет» НАО FbrnbiM^3eprrey орталыFыныt1 ужымдык пайдалану зертханасы (КаpаFанды, Казакстан)
Соцры жылдары Acinetobacter baumannii - 6ykH элемде таралран ен манызды нозокомиалды коздыррыштардын 6ipi. A. baumannii ауруханаларда уза; уа;ыт ем1р CYpy кабтепмен танымал, антибиотиктерге карсы туракты-лы;тын дамуына бей1м, сонымен катар онын ауыр наукастардары ауыр инфекциялар дамуындары рел1 даусыз. Макалада A. baumannii вирулентплИнН непзп факторлары - шен, липополисахаридтер, сырткы мембраналы; везикулалар, липазалар, биофильмдер, эндотоксин, капсулалы полисахаридтер, секреция жYЙесi сипатталран. Сипатталран вирулентттк факторлары жэне жинакталран карсылык механизмдер1 ауыр нозокомиальды пато-генд1 курайды.
Клт сездер: Acinetobacter baumannii, антибиотикке тез1мд1л1к, A. baumannii патогенез!, A. baumannii MDR, виру-лентплк, физика-химиялык факторлар
