Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas aeruginosa — это грамотрицательная, подвижная, палочковидная бактерия, относящаяся к роду Pseudomonas. Является факультативным анаэробом (способна существовать как в присутствии кислорода, так и в бескислородной среде) и облигатным аэробом (для активного роста предпочитает кислород). Отличается высокой устойчивостью к большинству антибиотиков и дезинфицирующих средств, что делает её одним из наиболее опасных возбудителей внутрибольничных (нозокомиальных) инфекций. В природе широко распространена в почве, воде, на растениях, а также в организме человека (в норме может присутствовать на коже, в кишечнике, но редко вызывает заболевания у здоровых людей). Основную угрозу представляет для пациентов с ослабленным иммунитетом, ожогами, муковисцидозом, а также для лиц, находящихся на длительной искусственной вентиляции лёгких или с установленными катетерами.

История открытия и изучения

Впервые бактерия была выделена в 1882 году французским химиком и бактериологом Карлом Гансом (Карлом Фридрихом) из гноя ран и сине-зелёного отделяемого. Первоначально микроорганизм получил название Bacillus pyocyaneus (от греч. pyon — гной и kyanos — синий). В 1894 году немецкий врач Эрнст фон Лейден и его коллеги описали характерный сине-зелёный пигмент, который бактерия выделяет в среду, — пиоцианин. В 1900 году бактерию переименовали в Pseudomonas aeruginosa: родовое название происходит от греч. pseudes (ложный) и monas (единица), а видовое — от лат. aerugo (зелёная ржавчина, синева), что отражает цвет колоний и гноя. В середине XX века, с началом массового применения антибиотиков, P. aeruginosa стала одной из главных причин внутрибольничных инфекций благодаря своей способности быстро вырабатывать устойчивость к лекарствам.

Классификация и таксономия

P. aeruginosa относится к домену Bacteria, типу Proteobacteria, классу Gammaproteobacteria, порядку Pseudomonadales, семейству Pseudomonadaceae, роду Pseudomonas. Внутри вида выделяют множество штаммов, различающихся по вирулентности, спектру антибиотикорезистентности и способности образовывать биоплёнки. Наиболее известные патогенные штаммы: PAO1 (эталонный штамм, геном которого полностью секвенирован в 2000 году), PA14 (высоковирулентный клинический изолят), LESB58 (штамм, вызывающий эпидемии у пациентов с муковисцидозом).

Морфология и физиология

Клеточное строение

P. aeruginosa — это прямая или слегка изогнутая палочка длиной 1–5 мкм и шириной 0,5–1 мкм. Имеет один полярный жгутик (монотрих), обеспечивающий подвижность, и пили (фимбрии) для прикрепления к поверхностям. Клеточная стенка — грамотрицательного типа: тонкий пептидогликановый слой, окружённый внешней мембраной, содержащей липополисахариды (ЛПС). ЛПС являются основным фактором вирулентности и вызывают сильный воспалительный ответ.

Пигменты

Характерная особенность — образование водорастворимых пигментов:

• Пиоцианин — сине-зелёный феназиновый пигмент, обладает антибиотической активностью против других бактерий и грибов, а также токсичен для клеток млекопитающих.
• Пиовердин (флуоресцеин) — жёлто-зелёный пигмент, флуоресцирующий под ультрафиолетовым светом. Является сидерофором — связывает ионы железа, необходимые бактерии для роста.
• Пиорубин — красный пигмент, встречается реже.

Метаболизм

P. aeruginosa — хемоорганотроф, способен окислять широкий спектр органических соединений (углеводы, аминокислоты, жирные кислоты). Не ферментирует глюкозу, но окисляет её. Может расти в средах с низким содержанием питательных веществ, в том числе в дистиллированной воде. Оптимальная температура роста — 37 °C, но способна размножаться при 4–42 °C. Аэробное дыхание — основной путь получения энергии, но при недостатке кислорода переходит на нитратное дыхание (восстанавливает нитраты до нитритов и далее до газообразного азота).

Факторы патогенности и вирулентность

P. aeruginosa обладает широким арсеналом факторов, позволяющих ей колонизировать ткани хозяина, избегать иммунного ответа и вызывать повреждения:

• Адгезины (пили, лектины) — обеспечивают прикрепление к эпителиальным клеткам дыхательных путей, мочевыводящих путей, ожоговой поверхности.
• Экзотоксин А (ExoA) — АДФ-рибозилтрансфераза, подавляет синтез белка в клетках хозяина, вызывая их гибель.
• Экзоферменты S, T, U, Y (ExoS, ExoT, ExoU, ExoY) — впрыскиваются в клетки через систему секреции III типа, нарушают цитоскелет, вызывают апоптоз и некроз.
• Протеазы (эластаза LasB, протеаза IV) — разрушают компоненты межклеточного матрикса (коллаген, эластин), иммуноглобулины, компоненты комплемента.
• Фосфолипаза C — разрушает мембраны клеток, способствует гемолизу.
• Рамнолипиды — поверхностно-активные вещества, повреждают реснитчатый эпителий лёгких.
• Алгинат (экзополисахарид) — основной компонент биоплёнки, защищает бактерию от фагоцитоза, антибиотиков и дезинфектантов.
• Биоплёнка — структурированное сообщество бактерий, покрытое матриксом из полисахаридов, ДНК и белков. Формируется на медицинских устройствах (катетеры, эндотрахеальные трубки, протезы) и в лёгких пациентов с муковисцидозом. Биоплёнка резко снижает эффективность антибиотиков (до 1000 раз) и иммунной защиты.

Эпидемиология и пути передачи

P. aeruginosa является оппортунистическим патогеном. Основной резервуар — вода, влажные поверхности, почва, а также медицинское оборудование (респираторы, увлажнители, раковины, унитазы). Передача происходит:

• Контактным путём (через руки медицинского персонала, загрязнённые инструменты, повязки).
• Аэрогенным (при распылении аэрозоля из заражённых систем вентиляции или увлажнителей).
• Эндогенным (из собственной микрофлоры пациента при снижении иммунитета).

Наиболее подвержены инфицированию:

• Пациенты отделений реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ).
• Больные с ожогами (инфекция ожоговой поверхности — одна из главных причин сепсиса).
• Пациенты с муковисцидозом (хроническая колонизация лёгких).
• Онкологические больные после химиотерапии.
• Пациенты с нейтропенией, ВИЧ, сахарным диабетом.
• Лица с установленными мочевыми катетерами, центральными венозными катетерами, трахеостомами.

Клинические проявления

P. aeruginosa может поражать практически любые органы и ткани. Наиболее частые формы инфекций:

Инфекции дыхательных путей

• Острая пневмония — развивается у пациентов на ИВЛ, часто двусторонняя, с образованием абсцессов и эмпиемы плевры.
• Хроническая лёгочная инфекция — типична для больных муковисцидозом; характеризуется образованием биоплёнок, постепенным разрушением лёгочной ткани и дыхательной недостаточностью.

Инфекции кожи и мягких тканей

• Ожоговая инфекция — глубокие некротические поражения, сине-зелёный гной, риск сепсиса.
• Фолликулит («синдром горячей ванны») — сыпь после купания в загрязнённой воде.
• Эктима гангренозная — язвы с чёрным струпом, характерные для септического состояния у иммунокомпрометированных пациентов.

Инфекции мочевыводящих путей

• Чаще всего связаны с длительной катетеризацией мочевого пузыря. Протекают в виде цистита, пиелонефрита.

Инфекции глаз

• Язвенный кератит — опасное поражение роговицы, может развиться при ношении контактных линз (особенно при несоблюдении гигиены). Быстро прогрессирует, может привести к перфорации роговицы и слепоте.

Инфекции уха

• Наружный отит («ухо пловца») — часто встречается у пациентов с сахарным диабетом.
• Злокачественный наружный отит — тяжёлая форма с поражением костей черепа, характерна для пожилых диабетиков.

Сепсис и бактериемия

• Развивается при попадании бактерии в кровоток. Летальность при синегнойном сепсисе достигает 30–50 % даже при адекватной антибиотикотерапии.

Антибиотикорезистентность

P. aeruginosa входит в список ESKAPE — группу бактерий, наиболее устойчивых к антибиотикам. Механизмы резистентности включают:

• Природная резистентность — низкая проницаемость внешней мембраны (в 10–100 раз ниже, чем у E. coli), наличие эффлюксных насосов (в том числе MexAB-OprM), выкачивающих антибиотики из клетки.
• Приобретённая резистентность — мутации в генах, кодирующих поры (OprD), что приводит к устойчивости к карбапенемам; продукция бета-лактамаз расширенного спектра (ESBL) и карбапенемаз (KPC, NDM, VIM, IMP); модификация мишени (ДНК-гиразы) — устойчивость к фторхинолонам; продукция аминогликозид-модифицирующих ферментов.
• Биоплёнка — физический барьер, затрудняющий проникновение антибиотиков, а также наличие персистерных клеток, переходящих в состояние покоя и выживающих при антибиотикотерапии.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в 2017 году отнесла карбапенем-резистентные штаммы P. aeruginosa к категории критического приоритета для разработки новых антибиотиков.

Диагностика

Лабораторная диагностика основана на:

• Микроскопии — грамотрицательные палочки в мазках гноя, мокроты, мочи, раневого отделяемого.
• Культуральном исследовании — посев на селективные среды (кровяной агар, среда МакКонки, среда Цетримида). Характерный признак — сине-зелёный пигмент, запах жасмина (триметиламин). Идентификация проводится по биохимическим тестам (оксидаза-положительна, не ферментирует глюкозу) или с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF.
• Определении чувствительности к антибиотикам — дискодиффузионный метод или метод серийных разведений (определение минимальной подавляющей концентрации — МПК).
• Молекулярно-генетических методах — ПЦР для выявления генов резистентности (например, карбапенемаз) и типирования штаммов.

Лечение

Терапия инфекций, вызванных P. aeruginosa, сложна из-за высокой резистентности. Принципы лечения:

• Эмпирическая терапия (до получения результатов посева) — комбинация двух антибиотиков из разных классов: антипсевдомонадный бета-лактам (цефтазидим, цефепим, пиперациллин/тазобактам, меропенем, имипенем/циластатин) + аминогликозид (тобрамицин, гентамицин, амикацин) или фторхинолон (ципрофлоксацин, левофлоксацин).
• Целевая терапия (после определения чувствительности) — монотерапия или комбинация, дозировки высокие, часто с пролонгированной инфузией бета-лактамов.
• Лечение биоплёночных инфекций — требует длительных курсов (недели-месяцы), использования антибиотиков с высокой антибиоплёночной активностью (например, цефтазидим/авибактам, цефтолозан/тазобактам), а также физического удаления биоплёнки (замена катетеров, хирургическая обработка ран).
• Ингаляционная терапия — при муковисцидозе и хронической лёгочной инфекции применяют ингаляции тобрамицина, колистиметата натрия, азтреонама.
• Резервные препараты — полимиксины (колистин, полимиксин B), фосфомицин, тигециклин (ограниченная активность), новые комбинации (цефтазидим/авибактам, цефтолозан/тазобактам, имипенем/циластатин/релебактам).

Профилактика

Профилактика синегнойной инфекции в медицинских учреждениях включает:

• Строгое соблюдение правил асептики и антисептики.
• Обработка рук медицинского персонала спиртовыми антисептиками.
• Дезинфекция и стерилизация медицинского оборудования (респираторы, эндоскопы, увлажнители).
• Использование стерильной воды для разведения лекарств и промывания ран.
• Катетер-ассоциированные инфекции: своевременное удаление катетеров, использование антисептических повязок.
• Вакцинация — на стадии клинических испытаний находятся несколько вакцин против P. aeruginosa (в том числе на основе алгината и экзотоксина А), но на 2024 год ни одна не одобрена для массового применения.

Интересные факты

• P. aeruginosa способна выживать в 70% этаноле и в растворах некоторых дезинфектантов, что делает её одной из самых устойчивых бактерий в больничной среде.
• Бактерия используется в биотехнологии для деградации нефтепродуктов, пестицидов и других загрязнителей окружающей среды.
• Сине-зелёный пигмент пиоцианин обладает антимикробной активностью против стафилококков и грибов рода Candida, что даёт P. aeruginosa конкурентное преимущество в смешанных инфекциях.
• Геном P. aeruginosa штамма PAO1 содержит около 6,3 миллиона пар оснований — один из крупнейших среди секвенированных бактериальных геномов, что отражает её метаболическую гибкость.
• В 2019 году ВОЗ включила P. aeruginosa в перечень патогенов, для которых критически необходимы новые антибиотики, наряду с Acinetobacter baumannii и Mycobacterium tuberculosis.

Источники

• Murray P.R., Rosenthal K.S., Pfaller M.A. Medical Microbiology, 9th Edition. — Elsevier, 2020.
• Mandell, Douglas, and Bennett's Principles and Practice of Infectious Diseases, 9th Edition. — Elsevier, 2019.
• World Health Organization. Global priority list of antibiotic-resistant bacteria to guide research, discovery, and development of new antibiotics. — WHO, 2017.
• Gellatly S.L., Hancock R.E.W. Pseudomonas aeruginosa: new insights into pathogenesis and host defenses // Pathogens and Disease. — 2013.
• Stover C.K. et al. Complete genome sequence of Pseudomonas aeruginosa PAO1, an opportunistic pathogen // Nature. — 2000.
• Козлов Р.С. и др. Антибиотикорезистентность Pseudomonas aeruginosa в России: результаты многоцентрового исследования // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. — 2020.