Mikrobiologija je veda, ki se ukvarja s proučevanjem mikroorganizmov, ki so premajhni, da bi jih lahko videli s prostim očesom. To vključuje bakterije, arheje, glive, praživali, alge, viruse in prione. Mikroorganizme delimo na patogene in nepatogene. Patogenost je sposobnost mikroorganizma, da povzroča bolezen pri gostitelju. Za človeka patogene so nekatere bakterije, virusi, glive, praživali in prioni. Glede na obravnavano vrsto mikroorganizma se mikrobiologija deli na veje, kot so bakteriologija, virologija, mikologija, parazitologija ... Posamezne vrste mikroorganizmov lahko uvrstimo v dve domeni – evkarionte in prokarionte. Evkariontske celice vsebujejo jedro, obdano z jedrno ovojnico, v katerem je dedni material celice, in druge celične organele (kot so npr. mitohondrij, Golgijev aparat, endoplazemski retikulum ...), ki so prav tako obdani z membrano. Patogeni mikroorganizmi, ki sodijo med evkarionte, so glive in praživali. Glive so večcelični ali enocelični mikroorganizmi. Glede na morfologijo jih delimo na kvasovke, plesni in dimorfne glive (rastejo v obliki plesni in kvasovk). Prokariontske celice ne vsebujejo membranskih celičnih organelov in tudi njihov dedni material ni obdan z jedrno ovojnico. Med za človeka patogene prokarionte uvrščamo bakterije. Bakterije so enocelični mikroorganizmi. Večina bakterij v celični steni vsebuje bodisi debelo plast peptidoglikana (gram pozitivne bakterije) bodisi tanko plast peptidoglikana (gram negativne bakterije). Nekatere izjeme pa vsebujejo drugačno, kompleksnejšo zgradbo celične stene (npr. mikobakterije). Med seboj se razlikujejo po velikosti, obliki, prostorski razporeditvi. Virusov ne moremo uvrstiti med nobeno od domen, so na meji med živim in neživim. So najmanjši infektivni delci in vsebujejo genom, obdan s proteinskim plaščem. Za razmnoževanje potrebujejo gostiteljsko celico. Virusi se med seboj razlikujejo po vrsti genoma (RNA ali DNA), prisotnosti lipidne ovojnice, velikosti ... Prioni pa so infektivni proteinski delci. So napačno zviti proteini in ne vsebujejo genoma. Mikrobiologija proučuje tudi parazite, ki pa pripadajo različnim kraljestvom. So najkompleksnejši mikrobi, ki so lahko veliki od nekaj mikrometrov do več metrov. Filogenetsko razdelimo parazite med praživali, črve in členonožce (1), (2), (3), (7).
Epidemija je izraz za nenaden izbruh in hitro širjenje bolezni v človeški populaciji v določeni skupnosti ali regiji, v kateri močno presega normalno, pričakovano obolevnost. Pandemija je nenaden izbruh in hitro širjenje bolezni na večjem geografskem območju (več držav, celin), v katerem močno presega normalno obolevnost. Sezonsko obolenje pomeni širjenje bolezni značilno za neko časovno obdobje (npr. pozimi), ki obsega normalno, pričakovano obolevnost (8).
SPLOŠNE ZNAČILNOSTI STREPTOKOKOV
Pnevmokok (Streptococcus pneumoniae) spada v heterogeno skupino streptokokov, ki je v naravi zelo razširjena skupina bakterij. So del normalne mikrobiote (skupek mikroorganizmov, ki naseljujejo organizem ali del organizma) dihal, prebavil, sečil in rodil človeka. So gram pozitivni koki, večina je fakultativnih anaerobov (lahko preživijo tudi v okolju brez kisika), urejajo se predvsem v pare in verižice, so negibljivi in ne tvorijo spor (obstojnejša struktura, ki bakterijam omogoča preživetje v neugodnih pogojih). Imajo fermentativni metabolizem. Od stafilokokov se razlikujejo po tem, da nimajo encima katalaze. Na podlagi hemolize (razgradnje rdečih krvničk) na krvnem agarju (vrsta gojišča, kjer lahko gojimo streptokoke) jih delimo na alfa, beta in gama hemolitične streptokoke. Beta hemolitični streptokoki v okolici svoje kolonije popolnoma razgradijo rdeče krvničke (Streptoccocus pyogenes, Sreptococcus agalactiae). Alfa hemolitični streptokoki rdečih krvnih celic ne razgradijo popolnoma, mednje prištevamo pnevmokoka. Gama hemolitični pa rdečih krvničk sploh ne razgradijo (npr. Streptococcus bovis). Na podlagi polisaharidnih antigenov v bakterijski celični steni streptokoke razvrščamo še po Lancfeldovi klasifikaciji (skupine A do H, skupine K do V in v skupino nerazvrščenih). Pnevmokok spada v skupino nerazvrščenih (1), (2).
FIZIOLOGIJA IN STRUKTURA PNEVMOKOKA
Pnevmokok meri med 0,5 do 1,2 mikrometra v premeru, je ovalne oblike in organiziran v pare (je diplokok). Je gram pozitiven kok, alfa hemolitičen in neuvrščen po Lancfeldovi. Ima prefinjene zahteve po hranilih in lahko uspeva le na obogatenih gojiščih z dodatkom krvnih produktov. Fermentira ogljikove hidrate, pri čemer nastaja mlečna kislina. Virulenca je stopnja patogenosti mikroorganizma. Pnevmokok ima več dejavnikov virulence, med njimi je najpomembnejša polisaharidna kapsula, ki ga ščiti pred fagocitozo (fagocitne celice »pojejo« mikroorganizem in ga razgradijo) s strani celic imunskega sistema. Na podlagi polisaharidne kapsule je do zdaj poznanih že več kot 90 seroloških tipov pnevmokoka. Prečiščeni kapsularni polisaharidi iz najpogostejših serotipov se uporabljajo tudi v polivalentnem cepivu. Posamezni sevi pnevmokoka lahko zamenjajo kapsularni serotip z genomsko rekombinacijo ali točkovno mutacijo v kapsularnih genih. Rekombinacija je povezana tudi s pridobivanjem genov za odpornost na penicilinske antibiotike (1), (2).
PATOGENEZA
Pnevmokok je patogen, ki kolonizira ustni del žrela, nato pa se je v posebnih situacijah sposoben razširiti tudi v pljuča, obnosne sinuse, srednje uho, kri in možgane. S pomočjo površinskih beljakovin adhezinov se veže na epitelne celice sluznice zgornjih dihal. Migracija v spodnji respiratorni trakt se lahko prepreči, če bakterijo prekrije mukus (sluz, ki jo izločajo celice dihal) in se s tokom mukusa izloči iz dihal. Proti temu načinu obrambe ima pnevmokok razvito sekretorno IgA proteazo in pnevmolizin. IgA protitelesa na sluznici ujamejo bakterijo in jo vežejo v mukus, IgA proteaza pa z razgradnjo IgA protiteles temu nasprotuje. Pnevmolizin je citotoksin (za celice strupena snov). Veže holesterol v celični membrani gostiteljeve celice in v njej ustvari pore. Ima litično aktivnost, saj uniči migetalčni epitelij in fagocitne celice. Značilnost pnevmokokne okužbe je mobilizacija vnetnih celic na mesto infekcije. Pri tem sodelujejo sestavine celične stene bakterije (teihoična kislina, deli peptidoglikana) in pnevmolizin. Vnetne celice izločajo vnetne mediatorje, ki privabljajo še dodatne vnetne celice, povzročajo vročino, poškodbe tkiva ... Pnevmokok izdeluje tudi vodikov peroksid, ki prav tako povzroča poškodbe tkiva. Fosforilholin (prisoten v celični steni bakterije) se lahko poveže z receptorjem na endotelnih celicah, levkocitih, trombocitih, tkivnih celicah pljuč in možganskih ovojnic. To pnevmokoku omogoči, da vstopi v celice, se skrije pred celicami imunskega sistema, ki bi ga lahko uničile, in se tako lahko razširi v kri in centralni živčni sistem. Veliko zaščito pred fagocitozo mu daje tudi polisaharidna kapsula (1), (2).
EPIDEMIOLOGIJA
Pnevmokok je del normalne mikrobiote ustnega in nosnega dela žrela pri zdravih ljudeh, čeprav je pogostejši pri otrocih in tistih odraslih, ki živijo z otroki. Kolonizacija se zgodi pri starosti približno 6 mesecev. Med predšolskimi otroki je s pnevmokokom koloniziranih 20–50 % otrok, med starejšimi otroki in mlajšimi odraslimi pa 5–15 %. Vir okužbe so kolonizirane osebe in bolniki. Pnevmokokna okužba se razvije pri manjšini koloniziranih. Razvoj bolezni je odvisen od virulence pnevmokoka in gostiteljevega imunskega odziva. Prenos je kapljičen ali z neposrednim stikom. Nastanek bolezni je povezan z oslabljenimi obrambnimi mehanizmi, ki pnevmokoku omogočijo, da iz žrela preide v pljuča. Pnevmokokna bolezen je najpogosteje povezana s predhodnim virusnim obolenjem dihal, npr. gripo, ali drugimi stanji, ki vplivajo na oslabljeno odstranjevanje bakterij, kot so kronična obstruktivna pljučna bolezen, alkoholizem, kongestivno srčno popuščanje, diabetes tipa 1, kronična ledvična bolezen, disfunkcija vranice ter drugi vzroki oslabelosti imunskega sistema (npr. imunosupresivno zdravljenje, okužba s HIV, bolezni kostnega mozga ...). Najpogosteje zbolevajo otroci, mlajši od 5 let, in starejši od 65 let. Pnevmokokne okužbe se pojavljajo sezonsko, največ pozimi in zgodaj spomladi. Po podatkih NIJZ je bilo v Sloveniji v letu 2018 prijavljenih 276 primerov potrjenih invazivnih pnevmokoknih okužb. Med kliničnimi slikami je bila najpogostejša invazivna pnevmokokna pljučnica (141 primerov). Zaradi invazivnih pnevmokoknih okužb je v letu 2018 umrlo 27 oseb (1), (2), (4).
KLINIČNA SLIKA
Bolezen nastopi, ko se pnevmokok razširi iz nosnega in ustnega dela žrela v pljuča (pljučnica), obnosne sinuse (sinusitis), uho (vnetje srednjega ušesa), možganske ovojnice (meningitis) ali kri (bakteriemija). Pnevmokoki redkeje povzročajo osteomielitis, septični artritis, endokarditis, perikaridits, peritonitis, celulitis in možganski absces (1).
Pljučnica
Pnevmokokna pljučnica se razvije, ko se bakterije močno namnožijo v alveolarnih prostorih. Po aspiraciji bakterije hitro rastejo v s hranili bogati edemski tekočini. Eritrociti (rdeče krvne celice) uhajajo iz preobremenjenih kapilar, se kopičijo v alveolih (pljučnih mešičkih), temu sledijo celice imunskega sistema (nevtrofilci in alveolarni makrofagi). Izboljšanje bolezni nastopi, ko se razvijejo specifična protitelesa za polisaharidne kapsule, ki olajšajo fagocitozo in ubijanje pnevmokoka. Klinična slika pnevmokokne pljučnice se začne nenadno z močnim tresenjem, stalno povišano telesno temperaturo med 39 in 41 stopinj Celzija. 1 do 3 dni pred začetkom imajo pacienti pogosto simptome virusnega obolenja respiratornega trakta. Večina pacientov ima produktiven kašelj s sputumom, obarvanim s krvjo, pogoste so bolečine v prsnem košu. Ker je bolezen povezana z aspiracijo, je na splošno lokalizirana v spodnjih režnjih pljuč, vendar lahko pri otrocih in starejših zasledimo bolj generalizirano pljučnico. Po uvedbi ustreznega protimikrobnega zdravljenja pacienti običajno hitro okrevajo. Stopnja umrljivosti zaradi pnevmokokne pljučnice je odvisna predvsem od serotipa mikroorganizma, starosti bolnika in pridruženih bolezni (1), (2).
Vnetje obnosnih votlin (sinusitis) in vnetje srednjega ušesa
Pnevmokok je pogost vzrok akutnih okužb obnosnih votlin, predvsem paranazalnih sinusov in ušesa. Običajno bolezen nastopi po predhodni virusni okužbi zgornjih dihal, po kateri vnetne celice (polimorfonuklearni ušesni nevtrofilci) infiltrirajo in ovirajo drenažo sinusov in ušesnega kanala. Vnetje srednjega ušesa je pogostejše predvsem pri mlajših otrocih, pnevmokokno vnetje sinusov pa se lahko pojavi pri bolnikih vseh starosti. (1).
Meningitis
Pnevmokok se lahko razširi v centralni živčni sistem po bakteriemiji, okužbah srednjega ušesa, sinusov ali po poškodbah glave, kar omogoči komunikacijo med nosnim delom žrela in subarahnoidnim prostorom (prostor med dvema možganskima ovojnicama; pajčevnico in žilnico). Čeprav je pnevmokokni meningitis zelo redek med novorojenčki, je pnevmokok danes vodilni vzrok tega obolenja pri otrocih in odraslih. Smrtnost in hude nevrološke okvare so pri pnevmokoknem meningitisu štiri do dvajsetkrat pogostejše kot pri meningitisih, ki so posledica drugih mikroorganizmov (1).
Bakteriemija
Bakteriemija (prisotnost bakterij v krvi) se pojavi pri 25–30 % bolnikov s pnevmokokno pljučnico in pri več kot 80 % bolnikov z meningitisom. Pri sinusitisu in vnetju srednjega ušesa bakterije praviloma niso prisotne v krvi (1).
VPLIV KONDENZATA CIGARETNEGA DIMA NA STOPNJO VIRULENCE PNEVMOKOKA
Kajenje cigaret je eden izmed dejavnikov tveganja za razvoj invazivne pnevmokokne okužbe. Poleg tega imajo kadilci, ki razvijejo pnevmokokno pljučnico, petkrat večje tveganje za smrtnost ne glede na starost, sočasne bolezni in zgodnje izvajanje protimikrobne terapije. Okvara pljučne gostiteljske obrambe, ki jo povzroča cigaretni dim, velja za glavni vzrok povečane dovzetnosti za razvoj hude pnevmokokne okužbe. Študije Mutepe et al. in Cockeran et al. so pokazale, da neposredna izpostavljenost sevov pnevmokoka kondenzatu cigaretnega dima in vitro vpliva na virulenco pnevmokoka. Kratka izpostavitev pnevmokoka kondenzatu cigaretnega dima povzroči indukcijo majhnega števila s stresom povezanih genov, ki so povezani z nastankom biofilma. Biofilm je večplastna obloga iz velikega števila bakterij, ki so na površino izločile zaščitni polisaharidni matriks, nukleinske kisline in beljakovine. Bakterije v biofilmu so dobro zavarovane pred delovanjem antibiotikov in fagocitnih celic. Skrit v biofilmu v mirujočem stanju lahko pnevmokok vztraja v dihalnih poteh, se obrani pred delovanjem imunskega sistema in antibiotiki, kar mu omogoča, da lahko ponovno povzroči bolezen, ko je imunski sistem gostitelja oslabljen. V raziskavi Cockeran et al. so pet sevov patogena izpostavili kondenzatu cigaretnega dima, vseh pet je po izpostavitvi in vitro znatno povečalo nastanek biofilma. Obseg tvorbe biofilma se je med posameznimi sevi razlikoval, kar je posledica različnega celičnega ustroja, ki sodeluje pri tvorbi biofilma pri posameznih sevih ali različne občutljivosti seva na kondenzat cigaretnega dima (5), (6).
študentka 2. letnika Medicinske fakultete
Univerza Maribor
