Bacillus anthracis

Bacillus anthracis — это грамположительная, спорообразующая, палочковидная бактерия, являющаяся возбудителем сибирской язвы (антракса) — особо опасной инфекционной болезни, поражающей как животных, так и человека. Относится к роду Bacillus, семейству Bacillaceae. Характеризуется высокой устойчивостью спор во внешней среде, способностью к образованию капсулы и выработке мощного токсина, что делает её одним из наиболее изученных патогенов в истории микробиологии и биологической безопасности.

История изучения

Первые описания сибирской язвы как болезни скота встречаются ещё в античных источниках (например, у Вергилия). Однако научное изучение Bacillus anthracis началось в XIX веке. В 1849 году немецкий врач Альбрехт Поллендер впервые наблюдал палочковидные бактерии в крови павших от сибирской язвы животных. В 1850 году французский микробиолог Казимир Давен подтвердил эти наблюдения и доказал, что кровь больных животных заразна для здоровых.

Решающий вклад внёс Роберт Кох в 1876 году. Он впервые выделил чистую культуру Bacillus anthracis, описал её жизненный цикл, включая образование спор, и экспериментально доказал, что именно эта бактерия вызывает сибирскую язву. Работы Коха заложили основы микробиологии как науки и постулаты Коха для установления причинности инфекционных заболеваний. В 1881 году Луи Пастер разработал первую в истории вакцину против сибирской язвы, ослабив культуру возбудителя.

В XX веке Bacillus anthracis привлекла внимание как потенциальное биологическое оружие. В 1979 году в Свердловске (ныне Екатеринбург) произошла крупная авария на предприятии по производству биологического оружия, приведшая к выбросу спор и гибели людей. В 2001 году в США имели место теракты с использованием писем, содержащих споры сибирской язвы (так называемые «письма с антраксом»).

Таксономия и морфология

Таксономическое положение

Домен: Bacteria
Тип: Firmicutes
Класс: Bacilli
Порядок: Bacillales
Семейство: Bacillaceae
Род: Bacillus
Вид: Bacillus anthracis

Внутри вида выделяют несколько штаммов, различающихся по вирулентности и генетическим характеристикам. Наиболее известные штаммы: Sterne (используется для производства вакцин), Ames (высоковирулентный, использовался в терактах 2001 года), Vollum.

Морфология

Форма: Крупные грамположительные палочки с ровными или слегка вогнутыми концами, размером 1–1,5 × 3–10 мкм.
Расположение: В мазках из культур бактерии располагаются длинными цепочками (стрептобациллы), напоминающими бамбуковую трость. В мазках из тканей — одиночно или короткими цепочками.
Споры: Образует овальные эндоспоры, расположенные центрально или субтерминально. Споры чрезвычайно устойчивы: сохраняются в почве десятилетиями, выдерживают кипячение до 10–15 минут, действие дезинфектантов (кроме специальных).
Капсула: Образует полипептидную капсулу (из D-глутаминовой кислоты), которая защищает бактерию от фагоцитоза. Капсула — один из ключевых факторов патогенности.

Физиология и метаболизм

Bacillus anthracis — факультативный анаэроб, то есть может расти как в присутствии, так и в отсутствие кислорода. Оптимальная температура роста — 35–37 °C, pH — 7,0–7,4. На питательных средах (например, мясо-пептонный агар) образует характерные колонии: серовато-белые, шероховатые (R-форма), с неровными краями, напоминающие «голову медузы» или «львиную гриву». В жидких средах даёт придонный рост в виде хлопьев.

Бактерия хемоорганотрофна, использует углеводы, аминокислоты. Ферментирует глюкозу, мальтозу, сахарозу с образованием кислоты (без газа). Не ферментирует лактозу. Каталазоположительна.

Факторы патогенности

Основные факторы, определяющие вирулентность Bacillus anthracis, кодируются двумя плазмидами: pXO1 (182 кб) и pXO2 (96 кб). Утрата любой из них резко снижает патогенность.

Плазмида pXO1 (токсин)

Кодирует три компонента сибиреязвенного токсина:

Протективный антиген (PA) — связывается с рецепторами на клетках-мишенях и обеспечивает транспорт двух других компонентов внутрь клетки.
Летальный фактор (LF) — цинк-зависимая металлопротеаза, которая расщепляет митоген-активируемые протеинкиназы (MAPKK), вызывая гибель макрофагов и системный шок.
Отёчный фактор (EF) — аденилатциклаза, повышающая уровень цАМФ в клетке, что приводит к отёку тканей и нарушению иммунного ответа.

Комбинация PA + LF образует летальный токсин, PA + EF — отёчный токсин.

Плазмида pXO2 (капсула)

Кодирует ферменты, синтезирующие поли-D-глутаминовую капсулу. Капсула подавляет фагоцитоз, обеспечивая выживание бактерии в организме хозяина.

Патогенез и клинические формы

Сибирская язва — зооноз. Основной источник — травоядные животные (крупный рогатый скот, овцы, козы, лошади). Человек заражается при контакте с больными животными, их трупами, продуктами животноводства (шерсть, кожа, шкуры) или при вдыхании спор.

Пути заражения

Контактный (через повреждённую кожу) — наиболее частый (95–97% случаев).
Алиментарный (через желудочно-кишечный тракт) — при употреблении заражённого мяса.
Аэрогенный (ингаляционный) — при вдыхании спор, наиболее опасный.

Клинические формы

Кожная форма (сибиреязвенный карбункул): на месте внедрения спор через 2–14 дней образуется зудящее пятно, затем папула, везикула, язва с чёрным струпом (некротический центр). Характерен отёк, регионарный лимфаденит. При своевременном лечении прогноз благоприятный (летальность 1–2%).
Лёгочная форма (ингаляционная): начинается остро с высокой температуры, кашля, одышки. Быстро развивается медиастинит, геморрагический плеврит, сепсис. Летальность без лечения достигает 90%, при лечении — 50–70%.
Желудочно-кишечная форма: проявляется тошнотой, рвотой, диареей с примесью крови, болями в животе. Летальность 25–60%.
Септическая форма — генерализованная инфекция с поражением многих органов, менингитом (геморрагический менингоэнцефалит). Летальность близка к 100%.

Диагностика

Диагностика основана на клинических данных, эпидемиологическом анамнезе и лабораторных методах.

Лабораторные методы

Микроскопия мазков из материала (кровь, мокрота, отделяемое язвы) — окраска по Граму, выявление грамположительных палочек в цепочках.
Бактериологический посев на питательные среды (кровяной агар, агар с полимиксином). Идентификация по морфологии колоний, биохимическим тестам, фаголизабельности (гамма-фаг).
ПЦР — выявление генов токсинов (pXO1) и капсулы (pXO2).
Серологические методы (ИФА) — определение антител к протективному антигену.
Биопроба на лабораторных животных (мыши, морские свинки) — заражение материалом, гибель через 1–3 дня.

Лечение

Основу лечения составляет антибактериальная терапия, начатая как можно раньше. Препараты выбора:

Пенициллин G (бензилпенициллин) — классический препарат, но возможна устойчивость.
Доксициклин — альтернатива при аллергии на пенициллин.
Ципрофлоксацин — препарат выбора при лёгочной форме и в условиях биологической угрозы.
Левофлоксацин, моксифлоксацин — также эффективны.

При тяжёлых формах применяют комбинацию антибиотиков (например, ципрофлоксацин + клиндамицин) и введение моноклональных антител (раксибакумаб, облитоксаксимаб), нейтрализующих токсин. Проводится дезинтоксикационная терапия, при отёках — кортикостероиды.

Профилактика

Ветеринарная

Вакцинация сельскохозяйственных животных (живая вакцина из штамма Sterne).
Своевременное выявление и изоляция больных животных, сжигание трупов.
Контроль за скотомогильниками.

Медицинская

Вакцинация людей из групп риска (работники животноводства, кожевенной промышленности, лабораторий). В России применяется живая сухая сибиреязвенная вакцина (штамм СТИ-1).
Экстренная профилактика антибиотиками (ципрофлоксацин, доксициклин) при контакте с источником.
Соблюдение правил гигиены при работе с животными и продуктами животноводства.

Биологическая безопасность

Bacillus anthracis отнесена к группе патогенности II (по классификации ВОЗ — к категории особо опасных инфекций). Работа с ней требует лабораторий уровня BSL-3 (в России — СПО-2). Споры бактерии рассматриваются как потенциальное биологическое оружие (категория А по CDC). В Российской Федерации деятельность, связанная с возбудителем, регулируется Федеральным законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и санитарными правилами СП 1.3.3118-13.

Интересные факты

Bacillus anthracis — единственный вид рода Bacillus, который является облигатным патогеном для человека и животных.
Споры сибирской язвы были обнаружены в образцах почвы из мест захоронений животных, датированных XVIII веком, и сохраняли жизнеспособность.
В 2001 году штамм Ames, использованный в терактах, был идентифицирован по генетическим маркерам, что позволило установить источник — лабораторию в Форт-Детрике (США).
Сибирская язва — одна из немногих инфекций, для которых существует эффективная постконтактная вакцинация (в сочетании с антибиотиками).

Источники

Медицинская микробиология, вирусология и иммунология / Под ред. В. В. Зверева, М. М. Бойченко. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010.
Руководство по инфекционным болезням / Под ред. Ю. В. Лобзина. — СПб.: Фолиант, 2003.
ВОЗ. Сибирская язва: информационный бюллетень. — 2023.
CDC. Anthrax: Clinical Features, Diagnosis, and Treatment. — 2021.
Санитарные правила СП 1.3.3118-13 «Безопасность работы с микроорганизмами I–II групп патогенности (опасности)». — М., 2013.
Koch R. Die Ätiologie der Milzbrand-Krankheit, begründet auf die Entwicklungsgeschichte des Bacillus anthracis. — 1876.
Turnbull P. C. B. Anthrax in humans and animals. — WHO, 2008.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →