Колонизация

Хотя колонизация обычно предшествует инфекции, Pseudomonas aeruginosa, в том числе встречается и как часть нормальной микрофлоры человека. У здоровых индивидуумов синегнойную палочку выявляют на коже паха, подмышечных областей и ушей (до 2% лиц), на слизистой оболочке носа (до 3%) и глотки (до 7%), в желудочно-кишечном тракте (3-24%). Однако распространенность колонизации здоровых людей вне больницы относительно низка.

Pseudomonas aeruginosa обладает выраженной специфической и неспецифической адгезией . Специфическую адгезию на слизистых оболочках обеспечивают пили и капсулоподобные экзополисахариды, имеющие сродство к муцинам, гликофосфолипидам.

Неспецифическая адгезия происходит на имплантируемых устройствах (катетеры, эндотрахеальные трубки и др.). В дальнейшем микроколонии бактерий объединяются в сплошную биопленку, которая представляет собой несколько слоев микробных клеток, покрытых общим гликокаликсом (полимер полисахаридной природы).

Фимбрии Pseudomonas aeruginosa прикрепляются к эпителию верхних дыхательных путей и другим эпителиальным клеткам. Адгезины связываются со специфическими рецепторами галактозы, маннозы или сиаловой кислоты на поверхности эпителиальной клетки. Колонизация дыхательного тракта Pseudomonas aeruginosa происходит за счет фимбриальной адгезии и дополнительно за счет продукции протеазы, разрушающей фибронектин и повышающей доступ фимбриальным рецепторам к эпителиальной клетке. Повреждение тканей вирусами также способствует фимбриальной адгезии. Это явление получило название оппортунистической адгезии и является важнейшим этапом в развитии синегнойных кератитов, инфекций мочевыводящих путей и респираторного тракта.

Рецептором для пилей Pseudomonas aeruginosa на эпителиальных клетках трахеи служит сиаловая кислота. Секретируемый микроорганизмом фермент нейраминидаза, отщепляя остатки сиаловых кислот от рецептора, облегчает специфическую адгезию.

Штаммы, продуцирующие слизь, продуцируют и экзополисахарид (альгинат), который является дополнительным или альтернативным адгезином, прикрпеляющимся к трахеобронхиальному муцину (N- ацетилглюкозамину). Кроме того, вероятно комплиментарная экзоферменту S поверхность также может служить в качестве адгезина для гликолипида.

Мукоидный экзополисахарид, продуцируемый Pseudomonas aeruginosa, является повторяющимся полимером маннуроновой и глюкуроновой кислот и известен как альгинат вещество, против которого не синтезируются антитела. Альгинат является матриксом биопленки, образуемой Pseudomonas aeruginosa. Биопленка защищает микроорганизм от неблагоприятного влияния окружающей среды, факторов естественной защиты организма, таких как лимоциты, фагоциты, естественное движение реснитчатого эпителия дыхательного тракта, антитела и комплемент.

Биопленка это микробное сообщество, состоящее из клеток, плотно прикрепленных к субстрату, поверхности или друг к дургу, заключенное в мтарицу внеклеточных полимерных субстанций, продуцирующих и проявляющих измененный фенотип в соответствии с уровнем роста и транскрипцией генов (Рис.2).

Гладкие поверхности колонизируются также легко, как и шероховатые, а физические особенности поверхности очень незначительно влияют на бактериальную адгезию.

Развитие зрелой биопленки проходит через программированную серию событий.

Рисунок 2 Мочевой катетер колонизированный бактериальной биопленкой (фотография CDC).

После прикрепления клетки размножаются, образуя монослой на твердой поверхности. Отдельные клетки далее проявляют поверхностную подвижность, зависящую от наличия пилей IV-го типа. В результате формируются небольшие группы, названные микроколониями, которые затем дифференцируются для образования зрелой биопленки. Микроколонии в зрелой биопленке имеют башню и грибовидную архитектуру. Клетки в этих структурах упаковываются во внеклеточные полисахаридные матриксы (Рис.3).

Рисунок 3 Пять стадий развития биопленки (Courtesy of Peg Dirchx and David Davies)

Структуру биопленки пронизывают водные каналы, через которые внутрь поступают питательные вещества и удаляются продукты метаболизма. При этом внутри биопленки наблюдается значительная гетерогенность. Так, у биопленок Pseudomonas aeruginosa выявлен огромный градиент перепада кислорода. Если на периферии пленки кислород присутствует в измеряемых концентрациях, то в более глубоких слоях он только переносится по водным каналам. Сходные градиенты выявлены для pH и питательных веществ. Эти градиенты обусловливают физиологическую вариабельность среди отдельных клеток биопленки. Так, клетки, находящиеся в глубоких слоях биопленки, растут медленно, а клетки, находящиеся на периферии - быстро. При этом если биопленка сформировалась в слабо подвижной среде, то она имеет низкую силу натяжения и легко разрывается, тогда как биопленка, сформированная в высокоподвижной среде, имеет высокую силу натяжения и устойчива к разрывам. Биопленка обеспечивает Pseudomonas aeruginosa устойчивость к антибиотикам и дезинфектантам и недоступность атакам иммунной системы макроорганизма.

На скорость образования биопленок на поверхностях больничной среды, в

том числе на инструментах, катетерах, приборах и др., влияют количество контаминирующих микробных клеток, скорость потока жидкости через прибор, физико-химические характеристики поверхности и температура окружающей среды. При этом компоненты жидкости могут менять свойства поверхности и скорость прикрепления к ней микробных клеток. Особенно быстро формирование биопленок происходит на поверхностях сосудистых, мочевых катетеров, интубационных трубок, искусственных клапанов сердца.