Микобактерия туберкулёза

Микобактерия туберкулёза (лат. Mycobacterium tuberculosis, также известная как палочка Коха) — это вид бактерий из рода микобактерий, являющийся основным возбудителем туберкулёза у человека. Относится к группе медленнорастущих кислотоустойчивых бактерий, характеризующихся уникальным строением клеточной стенки, высокой устойчивостью к внешним воздействиям и способностью к длительной персистенции в организме хозяина. Микобактерия туберкулёза — облигатный патоген, не обитающий в свободной природе и передающийся преимущественно воздушно-капельным путём.

История открытия

Возбудитель туберкулёза был открыт немецким врачом и микробиологом Робертом Кохом 24 марта 1882 года. Кох представил своё открытие Берлинскому физиологическому обществу, продемонстрировав чистую культуру бактерии, выделенную из тканей больных туберкулёзом. За это открытие в 1905 году он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.

До открытия Коха туберкулёз считался наследственным заболеванием или результатом «дурного воздуха» (миазмов). Кох не только выделил бактерию, но и разработал методы её окрашивания (метиленовым синим и фуксином), а также сформулировал постулаты (триаду Коха), подтверждающие её этиологическую роль. В честь первооткрывателя микобактерию туберкулёза часто называют палочкой Коха.

Таксономия и классификация

Систематическое положение

• Домен: Бактерии (Bacteria)
• Тип: Актинобактерии (Actinobacteria)
• Порядок: Микобактериальные (Mycobacteriales)
• Семейство: Микобактериевые (Mycobacteriaceae)
• Род: Микобактерии (Mycobacterium)
• Вид: Mycobacterium tuberculosis

Комплекс Mycobacterium tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis входит в группу близкородственных видов, объединённых в комплекс Mycobacterium tuberculosis (MTBC). В этот комплекс, помимо собственно M. tuberculosis, входят:

• Mycobacterium bovis — возбудитель туберкулёза крупного рогатого скота, патогенен для человека (часто вызывает внелёгочные формы).
• Mycobacterium africanum — распространён в Западной Африке, вызывает туберкулёз у человека.
• Mycobacterium canettii — редкий, но более «примитивный» вид, встречающийся в Африке.
• Mycobacterium microti — возбудитель туберкулёза у полёвок, редко поражает человека.

Все виды комплекса MTBC имеют более 99% генетического сходства, но различаются по спектру хозяев и вирулентности.

Морфология и строение

Клеточная форма и размеры

Mycobacterium tuberculosis представляет собой прямую или слегка изогнутую палочку длиной 1–4 мкм и шириной 0,3–0,6 мкм. Бактерия неподвижна, не образует спор и капсул, хотя имеет поверхностный микрокапсульный слой. В культурах и клиническом материале может образовывать нитевидные структуры (корд-фактор) или располагаться скоплениями в виде «кос».

Клеточная стенка

Клеточная стенка микобактерии туберкулёза — одна из самых сложных среди прокариот. Её уникальная структура обеспечивает высокую устойчивость к кислотам, щелочам, спиртам, многим антибиотикам и дезинфектантам. Основные компоненты:

• Миколовые кислоты — длинноцепочечные жирные кислоты (до 90 атомов углерода), образующие плотный липидный слой.
• Арабиногалактан — полисахарид, связывающий миколовые кислоты с пептидогликаном.
• Пептидогликан — основной структурный компонент, типичный для грамположительных бактерий.
• Липоарабиноманнан (LAM) — иммуномодулирующий гликолипид, играющий ключевую роль во взаимодействии с макрофагами.
• Корд-фактор (трегалозо-6,6′-димиколат) — гликолипид, ответственный за вирулентность и образование «жгутов» при росте.

Из-за высокого содержания липидов (до 60% сухой массы) бактерия плохо окрашивается анилиновыми красителями. Для её выявления применяют метод окраски по Цилю — Нильсену (карболовый фуксин с подогреванием), после которого микобактерии приобретают красный цвет и не обесцвечиваются кислотой (кислотоустойчивость). M. tuberculosis относится к кислотоустойчивым бактериям (КУБ).

Геном

Геном Mycobacterium tuberculosis (штамм H37Rv) впервые полностью секвенирован в 1998 году. Он представляет собой кольцевую хромосому длиной около 4,4 млн пар оснований, содержащую примерно 4000 генов. Характерной особенностью является высокое содержание гуанина и цитозина (GC-состав — 65,6%). Геном отличается низкой пластичностью: у разных штаммов обнаружено мало горизонтальных переносов генов, а основная изменчивость связана с делециями и однонуклеотидными полиморфизмами.

Физиология и метаболизм

Рост и размножение

Mycobacterium tuberculosis является облигатным аэробом — для роста ей необходим кислород. Оптимальная температура — 37 °C, pH — 6,5–7,0. Бактерия отличается крайне медленным ростом: время генерации в лабораторных условиях составляет 18–24 часа (для сравнения, у кишечной палочки — 20 минут). На плотных питательных средах (например, яичная среда Лёвенштейна — Йенсена) колонии появляются через 3–6 недель. Колонии шероховатые, сухие, кремового цвета, напоминающие крошки хлеба.

Питание

Микобактерия туберкулёза способна использовать в качестве источников углерода глицерин, глюкозу, ацетат, а также некоторые аминокислоты. Для роста ей необходим глицерин. Внутри макрофагов организма-хозяина бактерия переключается на использование жирных кислот и холестерина как основных источников углерода и энергии.

Устойчивость

Благодаря мощной клеточной стенке M. tuberculosis чрезвычайно устойчива во внешней среде:

• В сухой мокроте сохраняется до 10–12 месяцев.
• В пыли — до 3–4 недель.
• На страницах книг — до 3 месяцев.
• В воде — до 5 месяцев.
• При нагревании до 60 °C погибает через 30–60 минут, до 70 °C — через 10–15 минут.
• Ультрафиолетовое излучение убивает бактерию за 2–3 минуты.
• 5% раствор фенола убивает за 6 часов, 2% раствор хлорамина — за 2 часа.

Патогенез и клиническое значение

Механизм заражения

Основной путь передачи — воздушно-капельный. При кашле, чихании или разговоре больной выделяет мельчайшие капли мокроты (аэрозоль), содержащие микобактерии. Попадая в альвеолы лёгких, бактерии фагоцитируются альвеолярными макрофагами. Внутри макрофагов M. tuberculosis подавляет слияние фагосомы с лизосомой, блокирует апоптоз и начинает размножаться, вызывая развитие первичного очага (очаг Гона).

Формы туберкулёза

• Лёгочный туберкулёз — наиболее распространённая форма (80–85% случаев). Включает инфильтративный, очаговый, диссеминированный, кавернозный, фиброзно-кавернозный и другие варианты.
• Внелёгочный туберкулёз — поражение лимфатических узлов, костей и суставов, мочеполовой системы, мозговых оболочек (туберкулёзный менингит), кожи, глаз.

Латентная инфекция

После первичного заражения у большинства людей (около 90%) развивается латентная туберкулёзная инфекция (ЛТИ): бактерии сохраняются в гранулёмах в неактивном состоянии, не вызывая симптомов. Риск реактивации составляет 5–10% в течение жизни и резко возрастает при иммуносупрессии (ВИЧ-инфекция, приём иммуносупрессоров, сахарный диабет).

Диагностика

Микроскопия

Метод окраски по Цилю — Нильсену позволяет выявить кислотоустойчивые бактерии в мокроте, моче, спинномозговой жидкости. Чувствительность метода — 5–10 тыс. бактерий в 1 мл образца.

Культуральный метод

Посев на плотные или жидкие среды (например, BACTEC MGIT) является «золотым стандартом» диагностики. Позволяет не только подтвердить диагноз, но и определить лекарственную чувствительность. Недостаток — длительность (3–8 недель).

Молекулярно-генетические методы

• ПЦР (полимеразная цепная реакция) — позволяет выявить ДНК микобактерии за 2–4 часа.
• GeneXpert MTB/RIF — автоматизированный тест для одновременного выявления M. tuberculosis и устойчивости к рифампицину.

Иммунологические методы

• Проба Манту (туберкулиновая проба) — внутрикожное введение очищенного туберкулина (PPD). Положительная реакция указывает на инфицирование, но не различает латентную инфекцию и активный туберкулёз.
• Диаскинтест — более специфичный тест, основанный на рекомбинантных белках ESAT-6 и CFP-10, отсутствующих у вакцинного штамма БЦЖ.
• IGRA (Interferon Gamma Release Assay) — анализ высвобождения гамма-интерферона, проводимый in vitro.

Лечение и лекарственная устойчивость

Основные препараты

Стандартная терапия туберкулёза включает комбинацию из четырёх препаратов первого ряда:

• Изониазид — ингибирует синтез миколовых кислот.
• Рифампицин — ингибирует РНК-полимеразу.
• Пиразинамид — действует в кислой среде внутри макрофагов.
• Этамбутол — ингибирует синтез арабиногалактана.

Курс лечения длится не менее 6 месяцев (2 месяца интенсивной фазы и 4 месяца поддерживающей).

Множественная лекарственная устойчивость (МЛУ)

Mycobacterium tuberculosis способна быстро развивать устойчивость к антибиотикам. МЛУ-туберкулёз — форма заболевания, вызванная штаммами, устойчивыми как минимум к изониазиду и рифампицину. Лечение таких больных требует применения препаратов второго ряда (фторхинолоны, амикацин, капреомицин, линезолид) и может длиться 18–24 месяца.

Широкая лекарственная устойчивость (ШЛУ)

ШЛУ-туберкулёз — штаммы, устойчивые к изониазиду, рифампицину, любому фторхинолону и как минимум одному из инъекционных препаратов второго ряда. Прогноз при ШЛУ значительно хуже, а смертность выше.

Вакцинация

Единственной одобренной вакциной против туберкулёза является БЦЖ (Bacillus Calmette–Guérin), созданная из ослабленного штамма Mycobacterium bovis. Вакцина эффективно предотвращает тяжёлые диссеминированные формы туберкулёза у детей (туберкулёзный менингит, милиарный туберкулёз), но не защищает от лёгочной формы у взрослых. В России вакцинация БЦЖ проводится новорождённым на 3–7-й день жизни (при отсутствии противопоказаний) с последующей ревакцинацией в 7 лет.

Эпидемиология

Туберкулёз остаётся одной из ведущих инфекционных причин смерти в мире. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2023 году в мире было зарегистрировано около 10,8 миллиона новых случаев заболевания и 1,25 миллиона смертей. Наибольшее бремя болезни несут страны Юго-Восточной Азии, Африки и Западной части Тихого океана. В России в последние десятилетия наблюдается снижение заболеваемости, однако проблема МЛУ-туберкулёза остаётся актуальной.

Источники

1. Всемирная организация здравоохранения. Global Tuberculosis Report 2024. Женева: ВОЗ, 2024.
2. Федеральные клинические рекомендации по диагностике и лечению туберкулёза органов дыхания. М.: Российское общество фтизиатров, 2022.
3. Cole S.T., Brosch R., Parkhill J., et al. Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence. Nature, 1998, 393(6685): 537–544.
4. Покровский В.И., Поздеев О.К. (ред.). Медицинская микробиология. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2021.
5. Cambier C.J., Falkow S., Ramakrishnan L. Host evasion and exploitation schemes of Mycobacterium tuberculosis. Cell, 2014, 159(7): 1497–1509.
6. Маянский А.Н. Микробиология для врачей. Нижний Новгород: Изд-во НГМА, 2019.