Содержание

Публикации в СМИ

Холера — антропонозное, особо опасное острое карантинное инфекционное заболевание, протекающее с тяжёлой диареей, рвотой, приводящими к обезвоживанию организма.

Этиология. Возбудитель — подвижная грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae (холерный вибрион, или запятая Коха). Выделяют 3 типа возбудителей — Vcholerae asiaticae (возбудитель классической холеры), V. cholerae eltor (возбудитель холеры Эль-Тор) и серовар О139 (Бенгал) (возбудитель холеры в Юго-Восточной Азии). Подвижность бактерий весьма выражена, и её определение (методом висячей или раздавленной капли) — важный диагностический признак. Деление клеток происходит очень быстро и на щелочной пептонной воде возбудитель даёт видимый невооружённым глазом рост уже через 6 ч. Быстро погибает при кипячении в кислой среде.

Эпидемиология. Холера — типичная кишечная инфекция.

Единственный природный резервуар — больные и бактерионосители, основные пути передачи — водный и пищевой, реже контактно-бытовой. Факторы передачи: пищевые продукты, вода, объекты окружающей среды. Определённую роль играют мухи, способные переносить возбудитель с испражнений на пищевые продукты. Несмотря на то, что выделение возбудителя в окружающую среду происходит в течение короткого времени, большое число скрытых форм поддерживает циркуляцию возбудителя. Единственный исторический эндемичный очаг холеры — дельта Ганга и Брахмапутры. Выделяют 2 типа эпидемий холеры: эпидемии-вспышки с едиными источником инфекции и путями распространения, характеризующихся одномоментным появлением большого числа больных, и вялотекущие эпидемии с небольшой постоянной заболеваемостью и трудно выявляемыми путями передачи возбудителя. В большинстве случаев подъём заболеваемости наблюдают в тёплое время года.

Патогенез. В организме человека большая часть вибрионов погибает под действием кислой среды желудка, и лишь их небольшая часть достигает тонкой кишки. В ответ на проникновение бактерий кишечный эпителий выделяет щелочной секрет, насыщенный жёлчью (жёлчь — идеальная среда для размножения возбудителя). Клинические проявления холеры обусловлены образованием экзотоксинов • Экзотоксин (холероген) — термолабильный белок, молекула токсина включает 2 компонента: компонент В взаимодействует с моносиаловым ганглиозидным рецептором, что обусловливает проникновение в клетку компонента А. Компонент А составляют субъединица А1 (активный центр) и субъединица А2, связывающая оба компонента. Субъединица А1 катализирует рибозилирование гуанилзависимого компонента аденилат циклазы, приводит к повышению внутриклеточного содержания циклического 3,5-аденозинмонофосфата и выходу жидкости и электролитов из клеток либеркюновых желёз в просвет кишечника. Токсин не способен реализовать своё действие на любых других клетках. Бактерии серовара О139 также продуцируют экзотоксин с аналогичными свойствами, но в меньших количествах; токсинообразование кодируют как хромосомные, так и плазмидные гены

• Определённую роль в поражениях, вызываемых биотипом Эль-Тор, играют гемолизины.

Клиническая картина

• Инкубационный период продолжается от нескольких часов до 5 дней (чаще 2–3 дня).

• У большинства инфицированных лиц заболевание протекает бессимптомно, либо возможна лёгкая диарея. Соотношение тяжёлых поражений к количеству стёртых проявлений для классической холеры — 1:5–1:10, для холеры Эль-Тор — 1:25–1:100.

• 

Клинически выраженные случаи характеризуются общим недомоганием, рвотой и развитием выраженного диарейного синдрома, отсутствием интоксикации (температура тела не повышается). Для последнего характерно выделение значительного количества (до 10 л/сут) водянистых, бесцветных испражнений. Другая характерная черта — сладковатый, рыбный (но не фекальный) запах испражнений.

• Тяжёлые случаи болезни обусловлены развитием обезвоживания: у больных резко снижается диурез с развитием ОПН. Характерна охриплость голоса или афония. Ведущий патогенетический фактор — гиповолемия и дефицит электролитов. Как следствие развиваются артериальная гипотензия, коронарная недостаточность, нарушение сознания и гипотермия. Подобное состояние определяют как холерный алгид (Алгид — симптомокомплекс, обусловленный обезвоживанием организма (потеря натрия хлорида, калия, бикарбонатов): гипотермия, гемодинамические расстройства, анурия, тонические судороги, выраженная одышка). Отмечают характерное проявление —

facies hippocratica (запавшие глаза, заострённые черты лица с резко выступающими скулами). Продолжительность проявлений зависит от своевременно начатого, адекватно проводимого лечения и варьирует от нескольких часов до нескольких дней. При отсутствии лечения летальность больных в алгидной стадии может достигать 60%.

• Выздоровление сопровождается выработкой непродолжительного иммунитета, нередко отмечают случаи повторного заражения.

Методы исследования • Выделение и идентификация возбудителя; цели исследований — выявление больных и бактерионосителей, установление окончательного диагноза при исследовании погибших, контроль за эффективностью лечения больных и санации носителей, контроль над объектами внешней среды и эффективностью дезинфекционных мероприятий.

Материалы для исследования — испражнения, рвотные массы, жёлчь, секционный материал (фрагменты тонкой кишки и жёлчный пузырь), постельное и нательное бельё, вода, ил, сточные воды, гидробионты, смывы с объектов окружающей среды, пищевые продукты, мухи и др. Наиболее объективные результаты даёт исследование проб, взятых до начала антибактериальной терапии • Анализ крови — признаки дегидратации (ацидоз, гипокалиемия, гипонатриемия, гипохлоремия, гипогликемия, полицитемия, незначительный нейтрофильный лейкоцитоз).

Дифференциальную диагностику проводят с различными тяжёлыми диареями (например, вызванными видами Salmonella, Ecoli или энтеропатогенными вирусами), отравлением грибами, мышьяком.

Лечение • Этиотропная терапия •• Взрослым и детям старше 8 лет — доксициклин по 300 мг 1 р/сут, либо по 100 мг 2 р/сут или тетрациклин по 50 мг/кг/сут в течение 3 дней.

В качестве альтернативного препарата возможно использование ципрофлоксацина в среднетерапевтической дозировке •• Детям до 8 лет — ко-тримоксазол (по 4 мг/кг триметоприма и 20 мг/кг сульфаметоксазола каждые 12 ч) или фуразолидон 5–10 мг/кг/сут в 4 приёма через 6 ч в течение 3 дней •• Беременным — фуразолидон по 100 мг 4 р/сут в течение 7–10 дней • Возмещение потери жидкости и электролитов в соответствии со степенью обезвоживания больного •• При лёгкой и среднетяжёлой формах — пероральная регидратация (р-р регидратационной соли [натрия хлорида 3,5 г, калия хлорида 1,5 г, глюкозы 20 г, тринатрия цитрата 2,9 г в 1 л воды], глюкосолана или цитраглюкосолана) •• При тяжёлой форме — введение солевых р-ров в/в (натрия ацетат+натрия хлорид+калия хлорид).

Синонимы • Азиатская холера • Эпидемическая холера • Диарея рисовым отваром

МКБ-10 • A00 Холера

Холера: меры профилактики заболевания

08. 06.2011  Просмотров: 20827

Холера – это острое инфекционное заболевание, относящееся к особо опасным инфекциям. Из-за способности в короткое время поражать значительное количество людей (вызывать эпидемии) и 50-процентной смертности при отсутствии лечения может рассматриваться в качестве биологического оружия.

Возбудителем холеры является холерный вибрион (Vibrio cholerae) – слегка изогнутая палочка, отдаленно напоминающая запятую.

Лучше всего вибрион размножается при температуре 30 – 40 градусов. Возбудитель достаточно мгновенно погибает при кипячении, при температуре 50 градусов – в течение 30 минут. Не выносит микроб и высушивание, а прямые солнечные лучи убивают его в течение часа.

На поверхности овощей и фруктов, например, арбузов, вибрион может жить до 5 суток. Единственный источник распространения инфекции – больной человек или вибриононоситель из региона, неблагополучного по холере.

Болезнь начинает развиваться в организме человека тогда, когда критическая масса вибрионов попадает из желудка в тонкую кишку. Эта среда вполне подходит для массового размножения микроорганизмов – вредителей.

Инкубационный период (период от попадания микробов в организм до первых проявлений болезни) длится от нескольких часов до 2-3 дней.

В ходе своей бурной деятельности вибрионы вырабатывают токсин – холероген. Этот токсин вызывает интенсивное выделение жидкости из тканей в просвет тонкой кишки. Человек начинает изливать из себя огромное количество жидкости.

Выраженность проявлений болезни зависит от многих факторов – состояния организма, количества попавших внутрь возбудителей и т.п. При стертых формах возможен однократный жидкий стул, а также слабые проявления интоксикации. Существует также бессимптомная форма носительства – когда человек не чувствует себя больным, но выделяет во внешнюю среду огромное количество возбудителей.

Классическая картина холеры – это частый, до 10 раз и более в сутки, понос. Потеря жидкости колоссальна – до 20 литров в сутки, причем в каждом миллилитре содержится до миллиарда вибрионов. В результате массивной потери жидкости происходит сгущение крови и обезвоживание организма. Состояние больного быстро и резко ухудшается. Появляются мышечные судороги, чаще всего – начиная с икроножных мышц. Черты лица заостряются, глаза западают, синеют губы и ушные раковины. Холера – одна из немногих инфекций, сопровождающихся нормальной или даже пониженной температурой тела, поэтому у больных кожа холодная, теряет упругость, легко собирается в складки и очень долго расправляется обратно, а кожа стоп и рук становится морщинистой. Появляется одышка, резкая слабость.

При отсутствии лечения современными средствами половина больных погибает в течение первых суток.

Лечение проводится в инфекционных стационарах. Следует отметить, что в последнее время до 90 % холеры протекает в легкой форме.

Основа лечения – восполнение потери жидкости и микроэлементов, поддержание водно-электролитного и кислотно-щелочного балансов в организме. Благодаря комплексной терапии смертность от холеры в настоящее время не превышает 1 %.

Перенесенная инфекция не оставляет после себя стойкого иммунитета, и повторное заражение холерой возможно в любой период жизни, да и попытки создать эффективную вакцину пока бесплодны. Эффективность вакцинации в настоящее время оценивается в 25-50 % при длительности действия 3-6 месяцев.

Основные меры профилактики при посещении неблагоприятных по холере районов – мыть руки перед едой и приготовлением пищи, а также после посещения туалета. Пить только кипяченую воду, овощи и фрукты после мытья проточной водой обязательно обдавать кипятком; исключить покупку продуктов у случайных лиц; купаться только в разрешенных местах.

Будьте внимательны к своему здоровью, не подвергайте себя риску!

Кабинет медпрофилактики МЛПУ «Городская больница»


Холера — признаки, причины, симптомы, лечение и профилактика

Причины

Ранее холера относилась к особо опасным инфекциям. Сейчас врачи-инфекционисты убрали из лексикона это понятие. Теперь холеру определяют, как заболевание, которое может привести к эпидемии и даже пандемии (распространяется на весь мир). В окружающую среду холерные вибрионы попадают с рвотными массами и фекалиями больного.

Основным путём заражения является водный, реже — пищевой и контактно-бытовой, смешанный.

Холеру называют болезнью бедных, болезнью нищеты. Дело в том, что холерой чаще всего болеют в тех странах, где нет централизованных источников водоснабжения.

При эпидемиях и пандемиях источником инфекции становятся экскременты и рвотные массы инфицированных людей. Чаще всего холерные вибрионы обнаруживаются в прибрежных водах, реках, солёной воде. Оттуда они поступают в канализацию и другие источники водоснабжения.

Вместе с тем, возбудитель холеры может запросто проникнуть в организм в процессе совместного использования предметов личной гигиены, поэтому соблюдение элементарных мер предосторожности необходимо.

Для того, чтобы больные холерой не заразили других людей, их определяют в госпитали. Есть три вида госпиталей, которые разворачиваются при вспышке холеры. Возле госпиталей стоит вооруженная охрана и никого туда не впускает.

Симптомы 

Сразу отметим, что Симптомы холеры весьма многообразны. В некоторых случаях при диагнозе холера лечение вообще не требуется (сюда относятся ситуации с так называемым бессимптомным носительством), в то время как у других людей холера приводит к возникновению тяжелейших состояний и летальному исходу.

Инкубационный период редко продолжается более 5-6 дней. Начало болезни всегда острое, при этом выражены симптомы холеры:

  • понос, который усиливается в ночные и утренние часы – стул при этом водянистый, не имеет неприятного запаха, со временем приобретает вид «рисового отвара»;
  • обильную фонтанирующую рвоту;
  • отсутствие аппетита;
  • снижение массы тела;

постоянную жажду.

Диагностика

При диагностике холеры распознавание инфекции производится на основании характерного сбора информации и клинической картины. Для подтверждения холеры используются бактериологические исследования испражнений, желудочного содержимого и рвотных масс. Кроме того, пациентам назначают лабораторные физико-химические анализы крови.

В водоеме «Калиновские разрезы» обнаружен холерный вибрион

В водоеме «Калиновские разрезы» обнаружен холерный вибрион

Специалистами ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии» в ходе лабораторных исследований проб воды водоема «Калиновские разрезы» (зона водопользования ООО «Рыбалка на Калиновке») выделен нетоксигенный штамм холерного вибриона.

  В 2016 году в рамках мониторинга вибриофлоры из объектов окружающей среды при отборе проб из этой же точки были изолированы четыре нетоксигенных штамма VibriocholeraeO1 ElTor серовара Инаба.

Холера (греч. choléra), острое инфекционное заболевание человека, имеющее тенденцию к эпидемическому распространению; относится к карантинным болезням.

Возбудитель — холерный вибрион. Вибрионы являются частью флоры многих водоемов, обнаруживаются даже в Москве-реке. Постоянные специфические очаги располагаются в Африке, Южной Америке, Индии (Юго-Восточной Азии), т.к. вибрион размножается при температуре 30-40°С.

Заражение происходит главным образом:

  — при питье необеззараженной загрязненной воды,

  — заглатывании воды при купании в загрязненных водоёмах и во время умывания,

 — при употреблении пищи, инфицированной во время кулинарной обработки, её хранения, мытья или раздачи, особенно продуктами,   не подвергающимися термической обработке (моллюски, креветки, вяленая и слабосоленая рыба),

  — возможна передача возбудителя через загрязненные руки,

  — кроме того, холерные вибрионы могут переноситься мухами.

ВНИМАНИЕ: При распространении заболевания важную роль играют плохие санитарно-гигиенические условия, скученность  населения, большая миграция населения.

 Для того чтобы заболеть холерой, надо проглотить от миллиона до триллиона микроорганизмов. Такой большой разброс объясняется крайней неустойчивостью возбудителя к соляной кислоте, которая есть в нашем желудке. Если кислотность понижена (например, при атрофическом гастрите) или соляная кислота значительно разведена (при употреблении большого количества жидкости), то заражение произойдет быстрее.

Возбудитель практически мгновенно погибает при кипячении, при температуре 50° С  — в течение 30 минут. Не выносит микроб и высушивание, а прямые солнечные лучи убивают его в течение часа. На поверхности овощей и фруктов, например, арбузов, вибрион может жить до 5 суток.

Единственный источник распространения инфекции — больной человек или вибрионоситель из региона, неблагополучного по холере, выделяющий возбудителя с фекалиями или рвотными массами.

Что происходит при попадании возбудителя в организм человека?

Основные события начинают развиваться в организме человека, когда большое количество вибрионов попадает из желудка в тонкую кишку. Здесь тепло и влажно, среда уже щелочная, что вполне подходит для массового размножения микроорганизмов-вредителей.

Инкубационный период длится от нескольких часов до 2-3 дней.

В ходе своей бурной жизнедеятельности вибрионы вырабатывают токсин — холероген. Этот токсин вызывает интенсивное выделение жидкости из тканей в просвет тонкой кишки. И начинается мощнейший, так называемый профузный понос. А общая интоксикация вызывает неукротимую рвоту. Человек начинает изливать из себя огромное количество жидкости.

Классическая картина холеры — это частый, до 10 и более раз в сутки, понос. Потеря жидкости колоссальна — до 20 литров в сутки, причем в каждом миллилитре содержится до миллиарда вибрионов.

В результате массивной потери жидкости происходит сгущение крови и обезвоживание организма. Состояние больного быстро и резко ухудшается. Из-за потери с жидкостью микроэлементов появляются мышечные судороги, чаще всего — начиная с икроножных мышц.

Черты лица заостряются, глаза западают, синеют губы и ушные раковины. Кожа холодная (холера — одна из немногих инфекций, сопровождающихся нормальной или даже пониженной температурой тела). Кожа теряет упругость, легко собирается в складки и очень долго расправляется обратно, а кожа стоп и рук становится морщинистой — так называемые «руки прачки». Появляется одышка, резкая слабость.

При отсутствии лечения современными средствами половина больных погибает в течение первых суток. Примерно у 4-5 % выздоровевших больных холерой формируется хроническое носительство вибриона в желчном пузыре. Перенесенная инфекция не оставляет после себя стойкого иммунитета, и повторное заражение холерой возможно в любой период жизни.

Профилактика   

Для того чтобы обезопасить себя от заражения холерой необходимо принять следующие меры:

  • мыть руки перед едой и приготовлением пищи, а также после посещения туалета
  • пить только кипяченую воду;
  • употреблять в пищу только свежеприготовленные и хорошо термически обработанные продукты;
  • овощи и фрукты после мытья проточной водой обязательно обдавать кипятком;
  • не есть ничего, что выглядит подозрительным, сырым  и недостаточно обработанным, включая морепродукты.
  • исключить покупку продуктов у случайных лиц
  • купаться только в разрешенных местах

Если следовать этим мерам предосторожности, риск заражения холерой очень мал. 

ПОМНИТЕ! При подозрении на заболевание необходимо срочно обратиться за медицинской помощью!

Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека информирует российских граждан об ухудшении эпидемиологической ситуации в Йемене, где по информации Всемирной организации здравоохранения с начала подъема заболеваемости зарегистрировано более 300 тыс. случаев холеры, из которых более 700 закончились летальным исходом. Вспышка холеры началась с конца апреля текущего года. В Сане введен режим чрезвычайной ситуации.

   

Вспышка холеры продолжается с 2014 года, с момента начала вооруженного конфликта в стране, в результате которого ухудшились социально-экономические условия проживания населения. В последнее время наблюдаются аварийная работа электростанций и проблемы в подаче электроэнергии, которые способствовали нарушению водоснабжения, нехватке качественной воды, а также невозможности соблюдения гигиенических мер жителями сельской местности.

Роспотребнадзор просит учитывать данную информацию при планировании зарубежных поездок.

Врач-эпидемиолог

Бызова Наталья Алексеевна

 

Возбудители холеры — Справочник химика 21

    R-факторы найдены у всех кишечных бактерий, у возбудителей холеры и чумы. [c.88]

    Устойчивость во внешней среде. Холерный вибрион очень чувствителен к воздействию высоких температур. Так, нагревание до 52° С уже через 30 мин. вызывает гибель холерных вибрионов, а повышение температуры до + 60° С — через 10 мин. Наоборот, низкие температуры даже порядка —31° С возбудитель холеры переносит хорошо. В речной и колодезной воде сохраняется в течение 3 мес. , а в водопроводной — до 1 мес. [c.70]


    Восприимчивость животных. Животные к возбудителю холеры нечувствительны. [c.208]

    Возбудителем холеры является Vibrio haleme. Бактерия размножается в тонком кишечнике и вьщеляет в большом количестве энтеротоксин, который и ответствен за патогенный эффект. Эн- [c.235]

    Одним из основоположников медицинской микробиологии наряду с Л. Пастером явился немецкий микробиолог Р. Кох (R. Ko h, 1843—1910), занимавшийся изучением возбудителей инфекционных заболеваний. Свои исследования Р. Кох начал, еще будучи сельским врачом, с изучения сибирской язвы и в 1877 г. опубликовал работу, посвященную возбудителю этого заболевания — Ba illus anthra is. Вслед за этим его внимание привлекла другая тяжелая и широко распространенная болезнь того времени — туберкулез. В 1882 г. Р. Кох сообщил об открытии возбудителя туберкулеза, который в его честь был назван палочкой Коха . (В 1905 г. за исследование туберкулеза ученому была присуждена Нобелевская премия.) Ему принадлежит также открытие возбудителя холеры. [c.12]

    Вибрионы. Вибрионы-факультативные анаэробы и по своему метаболизму сходны с энтеробактериями (смешанное кислотное брожение). Наиболее известен Vibrio holerae, возбудитель холеры. Он распространяется с водой (через сточные воды) растет в кишечнике, вьщеляя токсин и вызывая ферментативный лизис слизистой, что приводит к большой потере воды организмом. [c.110]

    Vibrio f olerae-возбудитель холеры, эпидемической болезни. Он не относится к группе Enteroba teria eae, но близок к ней по типу метаболизма. Холерный вибрион размножается в кишечнике. Он прикрепляется к кишечному эпителию, но не проникает в клетки. Холерный энтеротоксин-белок, связываемый клетками кишечного эпителия (специфическими рецепторами). Он вызывает переход воды и ионов натрия, бикарбоната и хлорида в просвет кишечника. [c.285]

    Более или менее детально жизнеснособность возбудителей дизентерии в почве изучалась весьма ограниченным кругом микробиологов. В старой литературе имеется указание Головацкого (1890) о том, что загрязненные почвы могут заражать возбудителями холеры и дизентерии грунтовые воды и таким образом вызывать распространение инфекции. [c.423]

    Ваксман (1947) указывает на быструю гибель в почве холерных вибрионов в периоды повышенных температур. Так, если в Калькутте нри высокой температуре воздуха Vibrio holerae сохраняется в почве один день, то ири пониженной температуре он оказывается жизнеспособным в течение 1-—8 дней. Таким образом, погодные условия, как и другие, менее изученные факторы, сильно сказываются на существовании возбудителя холеры в почве. [c.434]

    Загрязненные воды представляют благоприятную среду для выживания холерных вибрионов. Известны случаи, когда они сохранялись в них в течение 7 мес. В морской воде возбудитель холеры, как правило, сохраняется еще дольще, чем в пресной. В садовой земле (т. е. в почве, богатой органическими веществами) холерные вибрионы сохраняются до 73 дней. Подобные чрезвычайно длительные сроки выживания этих вибрионов в загрязненных водах, где, казалось бы, им приходится выдерживать напряженную борьбу с массой гнилостных микробов, объясняются особыми свойствами возбудителя холеры. Эти свойства заключаются в том, что размножение холерного вибриона ускоряется с повышением в воде концентрации солей и органических веществ, причем недостаток требуемой соли может быть с успехом заменен увеличением количества органических веществ. [c.71]


    Возбудитель холеры Vibrio holerae опасен только людям, но не животным. Однако если морских свинок выращивать в стерильных условиях, то после заражения холерным вибрионом они тотчас заболевают, причем картина заболевания типична для холеры. Через 6—9 дней животные погибают. То же самое происходит, если одновременно с вибрионами ввести ещ какой-нибудь штамм бактерий. В обычных условиях в кишечнике морских свинок имеется богатая бактериальная флора — против нее возбудитель холеры ничего не может поделать.[c.363]

    Группа II, Возбудитель холеры, натуральной оспы, бруцеллеза, туляремии, сибирской язвы, сапа, мелиоидоза, эпидемического сыпного тифа, эпидемических энцефалитов, геморрагических лихорадок, желтой лихорадки, лихорадки Ку, лихорадки цуцугамуши, лихорадки Скалистых гор, орнито-зов, гистопла моза, кокцидиозов, токсин ботулиновый. [c.7]

    В дополнение к указанным выше мы приведем еще четыре примера, иллюстрирующих широту диапазона возможных применений биохимии. 1. Анализ механизма действия токсина, продуцируемого возбудителем холеры, позволил выяснить важные моменты в отношении клинических симптомов болезни (диарея, обезвоживание). 2. У многих африканских растений содержание одной или нескольких незаменимых аминокислот весьма незначительно. Выявление этого факта позволило понять, почему те люди, для которых именно эти растения являются основным источником белка, страдают от белковой недостаточности. 3. Обнаружено, что у комаров— переносчиков возбудителей малярии—могут формироваться биохимические системы, наделяющие их невосприимчивостью к инсектицидам это важно учитывать при разработке мер по борьбе с малярией. 4. Гренландские эскимосы в больших количествах потребляют рыбий жир, богатый некоторыми полиненасыщенными жирными кислотами в то же время известно, что для них характерно пониженное содержание холестерола в крови, и поэтому у них гораздо реже развивается атеросклероз. Эти наблюдения навели на мысль о возможности применения по-линенасыщенных жирных кислот для снижения содержания холестерола в плазме крови. [c.11]

    Факторы патогенности. Холерный вибрион образует эндотоксин. Кроме того, он выделяет экзотоксин, состоящий из нескольких фракций, наиболее важной из которых является холероген. Холероген вызывает гиперсекрецию воды и хлоридов в просвет кишечника, нарушение обратного всасывания натрия, в результате возникает диарея, приводящая к обезвоживанию организма. Экзотоксин обладает также цитотоксическим действием и вызывает гибель клеток эпителия тонкой кишки. У возбудителя холеры имеются ферменты агрессии — фибринолизин, гиалуронидаза, лецитиназа, нейраминидаза. Патогенность связана также с адгезивными свойствами (белки наружной мембраны), подвижностью вибриона. [c.208]


женщина могла заразиться на религиозной церемонии в Индии

В Москве медики зафиксировали случаи заболевания холерой. Инфекционное заболевание обнаружили у молодой москвички и ее дочери, которые на днях вернулись из Индии. Скорее всего, женщина заразилась после совершения религиозного обряда, согласно которому необходимо выпить священную воду из реки Ганг.

29-летняя москвичка вместе со своей маленькой дочерью прилетела из Индии. Спустя несколько часов после приземления она почувствовала недомогание, ее с ребенком госпитализировали. Врачи поставили диагноз: холера. «Сейчас состояние пациентов стабилизировалось, они находятся под наблюдением врачей, получают адекватное лечение», – заверили в больнице. Также были обследованы все, кто контактировал с заболевшими: признаков заболевания у них нет. Угрозы распространения холеры тоже нет.

Стоит отметить, что в России периодически регистрируются случаи завоза холеры из-за рубежа, последний был в 2008 году. Сергей Бень, занимается отправкой туристов в Индию более десяти лет. На его памяти это второй случай заболевания холерой, привезенной из этого государства. Он считает, скорее всего, девушка пострадала из-за собственной неосмотрительности.

«Это называется пуджа. В Индии, когда на реке Ганг они производят какой-то ритуал, после этого они пьют воду из реки, – поясняет он. – Скорее всего после какого-то религиозного ритуала и чего-то подобного она и заразилась».

Холера – инфекционное заболевание, возбудителем которого является холерный вибрион. Передается болезнь через употребление инфицированной воды, пищи и при контакте с носителем. В министерстве здравоохранения считают, что поводов для паники нет. Холера хорошо изучена и поддается лечению. Отправляясь в Индию можно обезопасить себя, сделав прививку и соблюдая элементарные правила гигиены.

«Если наши люди едут туда, они могут там заболеть. Поскольку сейчас самолетом очень быстро можно прилететь, то, бывает, они там заразились, а вся картина развертывается уже или в самолете, или по приезде сюда», – рассказывает Виктор Малеев, заместитель директора ЦНИИ Эпидемиологии.

После обнаружения холеры карантинным службам пришлось проверить экипаж самолета, на котором прилетела женщина и всех кто с ней контактировал. Других случаев заражения холерой не зафиксировано.

Профилактика Холеры | Чебоксарский район Чувашской Республики

Холера – особо опасная кишечная инфекция которая вызывается холерным вибрионом. Она поражает преимущественно тонкий кишечник, проявляется жидким стулом, рвотой и интоксикацией. Во время болезни человек теряет до 40 литров жидкости в сутки, что может привести к смертельному обезвоживанию. Ежегодно холерой заболевают 3-5 миллионов людей, около 100-150 тысяч из них погибают.
Распространение холеры. До 1817 года холерой болели только жители Индии, но потом заболевание распространилось за ее пределы. Сегодня оно регистрируется во 90 странах мира. Несмотря на все старания медиков все еще не удается победить холеру. В Африке, Латинской Америке, Юго-Восточной Азии постоянно существуют очаги болезни. Это связано с антисанитарными условиями, в которых живут люди. Высок риск заразиться холерой у туристов, посещающих Гаити, Доминиканскую Республику, Кубу, Мартинику.
Чаще всего болезнь вспыхивает после социальных катаклизмов, землетрясений или других стихийных бедствий. Когда большое количество людей оказывается без питьевой воды. Сточные воды попадают в водоемы, откуда люди берут воду для приготовления пищи и где моются. В таких условиях, если заболевает один человек, то заражаются и другие. Поэтому холера возникает в форме эпидемий, когда заболевают до 200 тысяч человек.                                
Холерный вибрион паразитирует не только в организме человека. Со сточными водами бактерии попадают в водоемы. Там они могут жить в мелких водорослях, ракообразных и моллюсках. Другие животные не болеют холерой.

  • Возбудители холеры любят и пресную, и морскую воду. Они могут месяцами жить и размножаться теплой прибрежной воде.
  • Для того чтобы болезнь развилась, в организм должно попасть не менее миллиона бактерий. Такое количество возбудителя содержится в стакане зараженной воды.
  • Больше других рискуют люди с низкой кислотностью желудочного сока. Дело в том, что холерный вибрион погибает в желудке под воздействием соляной кислоты.
  • Наиболее восприимчивы люди с первой группой крови. Почему так происходит, ученые не установили до сих пор.
  • Дети 3-5 лет заболевают холерой чаще всего. Они чаще взрослых купаются в загрязненных водоемах и при этом рискуют напиться воды. А вот новорожденные, чьи матери переболели холерой, имеют врожденный иммунитет.
  • У 9 из 10 заразившихся людей признаки болезни не развиваются. Может проявиться лишь легкое расстройство пищеварения. Но при этом бактерии живут у них в кишечнике и выделяются с калом.
  • У восприимчивых людей холера может развиться очень быстро и менее чем за сутки вызвать смертельное обезвоживание.
  • Некоторые больные теряют жидкости больше собственного веса, при условии ее своевременного пополнения.
  • Если с первых часов болезни давать человеку по стакану жидкости каждые 15 минут, то за 3-5 дней можно победить холеру даже без лекарств.
  • Последний единичный случай в России был зафиксирован в 2008 году. С тех пор заболевших не выявлено, но сохраняется опасность завоза холеры из других стран.
     Холера известна человечеству не одну тысячу лет. В ХIХ веке она ежегодно забирала миллионы человеческих жизней. Сейчас, благодаря вакцинации и другим мерам, принимаемым ВОЗ, удается резко сократить количество случаев болезни.

Возбудитель холеры

Холерный вибрион – бактерия, имеющая форму изогнутой палочки или запятой. Благодаря подвижному жгутику она может активно передвигаться в жидкости.
Холерный вибрион имеет около 200 разновидностей (серотипов), два из которых вызывают болезнь. Это Vibrio cholerae и Vibrio eltor.
Свойства возбудителя. Бактерии вырабатывают токсины, повреждающие оболочку тонкого кишечника. Именно с действием бактериальных ядов связано нарушение электролитного баланса и обезвоживание.
Токсины, выделяемые холерным вибрионом, обладают такими свойствами:

-разрушают эпителий тонкой кишки;

      -вызывают обильное выделение воды в просвет кишечника. Эта жидкость выводится из           организма в виде испражнений и рвоты.

      -нарушают всасывание солей натрия в кишечнике, что приводит к нарушению водно-солевого баланса и к судорогам.

Оптимальная температура для жизни бактерий 16-40 градусов. Лучше всего холерный вибрион чувствует себя при температуре 36-37°C. Поэтому активно развивается в организме человека и в мелких водоемах в тропических странах. Он устойчив к низким температурам и не гибнет при замораживании.
Холерный вибрион погибает при высушивании, воздействии солнечного света, нагревании до 60°C и выше, при контакте с кислотами. Поэтому люди с повышенной кислотностью желудочного сока редко заболевают. Быстро погибает при обработке кислотами и дезрастворами.
Возбудитель холеры любит щелочную среду. В почве, на загрязненных пищевых продуктах и предметах холерный вибрион может прожить несколько недель. А в воде несколько месяцев.
Жизненный цикл холерного вибриона.

-Бактерии проникают в организм человека с пищей и водой.

      -Часть из них гибнет в желудке, но некоторые преодолевают этот барьер и оказываются в тонком кишечнике.

       -В этой благоприятной щелочной среде вибрион прикрепляется к клеткам слизистой оболочки кишечника. Он не проникает внутрь клеток, а остается на поверхности.

        -Холерные вибрионы размножаются и выделяют токсин СТХ. Этот бактериальный яд связывается с оболочками клеток тонкого кишечника и вызывает изменения в их работе. В клетках нарушается обмен натрия и хлора, что приводит к выделению большого количества ионов воды и солей в просвет кишечника.

        -Обезвоживание клеток приводит к нарушению связи между ними и гибели. Мертвые клетки слизистой выводятся из организма вместе с холерными вибрионами.

Источник инфекции:
 -больной человек;

       -бактерионоситель, который выделяет холерный вибрион, но не имеет признаков болезни.

У больного человека кал и рвотные массы прозрачные и не имеют характерного вида и запаха. Поэтому следы загрязнения остаются незамеченными, что приводит к быстрому распространению инфекции.
Механизм передачи холеры фекально-оральный – больной человек выделяет бактерии при рвоте и поносе. Проникновение в организм здорового человека происходит через рот. Невозможно заразиться холерой воздушно капельным путем.
Пути передачи:
-Водный (основной) – через загрязненную испражнениями воду. В теплых пресных и соленых водоемах, загрязненных сточными водами, концентрация бактерий очень высока. Люди заражаются, употребляя воду и во время купания. Такой водой опасно мыть посуду и продукты.

      -Контактно-бытовой – через предметы, дверные ручки, посуду, белье, загрязненные рвотными массами или испражнениями больного.

     -Пищевой – через устрицы, мидии, креветки, молочные продукты, фрукты, рыбные и мясные блюда не прошедшие тепловую обработку. На продукты бактерии попадают с грязной водой, от носителей или посредством мух.

Риски развития холеры
-Купание в загрязненных водоемах, мытье в них посуды, употребление воды.

     -Употребление в пищу морепродуктов, особенно сырых моллюсков.

     -Посещение стран с низким уровнем жизни, где отсутствуют водопровод и канализация, не   соблюдаются санитарные нормы.

            -Большие лагеря беженцев, где не соблюдается санитария, и нет безопасных источников питьевой воды.

-Войны, социальные катаклизмы, когда появляется дефицит питьевой воды.

           -В группе риска люди, страдающие гастритами с пониженной кислотностью и ахилией  (состояние при котором желудочном соке отсутствует соляная кислота).

 

 

динамика хозяина, патогена и бактериофага

Abstract

Зимбабве представляет собой самый свежий пример трагедии, постигшей страну и ее народ во время эпидемии холеры. Вспышка 2008–2009 гг. быстро распространилась по всем провинциям и привела к уровням смертности, аналогичным тем, которые наблюдались в результате инфекций холеры сто лет назад. В этом обзоре мы освещаем достижения, которые помогут понять, как взаимодействия между хозяином, бактериальным патогеном и литическим бактериофагом могут вызывать и подавлять вспышки холеры в эндемичных условиях и в регионах с зарождающейся эпидемией, таких как Зимбабве.

Диарейные заболевания, включая холеру, являются ведущей причиной заболеваемости и второй по частоте причиной смерти детей в возрасте до 5 лет во всем мире 1,2 . Трудно определить точную заболеваемость и смертность от холеры, поскольку системы эпиднадзора во многих развивающихся странах находятся в зачаточном состоянии, и многие страны не решаются сообщать о случаях холеры в ВОЗ из-за потенциального негативного экономического воздействия болезни на торговлю и туризм. Сегодня истинное бремя холеры оценивается в несколько миллионов случаев в год, преимущественно в Азии и Африке 3 .При оптимальном родоразрешении пероральная регидратационная терапия может снизить уровень летальности с >20% в прошлом 4–6 до <1% 7 . Предстоит проделать большую работу, поскольку в 2007 г. 27 стран сообщили о показателях летальности, превышающих 1% порогового значения (ССЫЛКА 8).

Возбудитель холеры, грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae, является факультативным патогеном, в жизненном цикле которого есть как человеческие, так и экологические стадии 9,10 . V. cholerae дифференцируется серологически на основе О-антигена его липополисахарида (ЛПС) (). Холерный токсин -продуцирующие ( токсигенные ) штаммы O1 и O139 серогрупп вызывают подавляющее большинство заболеваний. Серогруппа О1 подразделяется на два фенотипически различающихся биотипа , Эль-Тор и классический, второй из которых связан с более ранними пандемиями. Оба биотипа можно разделить на два серотипа: Inaba и Ogawa 7 . За последние 20 лет Эль Тор заменил классический биотип 11 ; тем не менее, наследие классического биотипа сохраняется, поскольку появились штаммы El Tor, содержащие классический холерный токсин 12–14 .Серогруппа О139 впервые появилась в 1992 г. в результате мультигенной замены в области, кодирующей О-антиген, исходного штамма O1 El Tor 15 . Хотя серогруппа O139 вызвала разрушительные вспышки в 1990-х годах, штамм El Tor остается доминирующим штаммом во всем мире 11,16,17 .

Филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae

На основании антигенности О-антигенного компонента липополисахарида наружной мембраны более 200 серогрупп (O1–O200) Vibrio cholerae существуют в водной среде.Только подмножество штаммов серогрупп O1 и O139 являются токсигенными (Tox + ) и, следовательно, способны вызывать холеру при проглатывании; такие штаммы отбираются для хозяина. Другие штаммы не являются токсигенными (Tox ) и отбираются против них. Различные типы О-антигена обозначены цветом внешней мембраны и жгутика, покрытого оболочкой (периплазматическое пространство и внутренняя мембрана не показаны). Капсулы присутствуют в подмножестве штаммов. Различные генотипы штаммов обозначены цветом цитоплазмы; обратите внимание, что Tox + O1 и O139 имеют по существу один и тот же генотип, за исключением генов О-антигена.

Патофизиология холеры описана в обширной литературе. Вкратце, патогенные штаммы содержат ключевые факторы вирулентности, в том числе холерный токсин 18 и совместно регулируемые токсином ворсинки (TCP) 19,20 , самосвязывающиеся ворсинки, которые связывают бактериальные клетки вместе 21 , возможно, чтобы противостоять силам сдвига. в тонкой кишке хозяина. Холерный токсин представляет собой секретируемый токсин AB 5 -субъединицы. Пентамер субъединицы B связывает моносиалотетрагексозилганглиозиды на абсорбирующих эпителиальных клетках, вызывая эндоцитоз ферментативной субъединицы A, после чего он АДФ рибозилирует субъединицу G-белка, которая контролирует активность аденилатциклазы. Хотя вирулентность является многофакторной, холерный токсин является ключевым фактором, ответственным за профузную секреторную диарею, возникающую у инфицированных людей. Трансмиссивные элементы, такие как лизогенный бактериофаг , несущий гены холерного токсина 22 , и элемент SXT, несущий гены устойчивости к антибиотикам 23 , продолжат формировать эволюцию V. cholerae .

Биологические факторы и факторы окружающей среды, влияющие на динамику вспышек холеры, продолжают оставаться предметом интенсивных исследований.Было опубликовано несколько обзорных статей, посвященных важности экологических факторов в развитии вспышек холеры 24–26 . В этом обзоре мы сосредоточимся скорее на трех биологических факторах, которые, как считается, играют важную роль в возникновении и формировании вспышек холеры: восприимчивость хозяина, вирулентность V. cholerae и литические бактериофаги. Ниже мы обсудим эту троицу факторов, поскольку они относятся к динамическому характеру вспышек холеры.

Человек-хозяин

Клинический спектр

V.cholerae инфекция

Инфекция V. cholerae вызывает клинический спектр, который варьируется от бессимптомной колонизации до холеры гравис, наиболее тяжелой формы заболевания (). После употребления хозяином зараженной пищи или воды V. cholerae колонизируют тонкую кишку в течение 12–72 часов до появления симптомов. Холера часто начинается с желудочных спазмов и рвоты, за которыми следует диарея, которая может прогрессировать до потери жидкости до 1 литра в час 27 .Эти потери приводят к тяжелому истощению объема жидкости и метаболическому ацидозу, что может привести к циркуляторному коллапсу и смерти 7 . Испражнения рисового отвара обычно содержат от 10 10 до 10 12 вибрионов на литр. Пациенты с симптомами могут выделять вибрионы до начала заболевания 28,29 и будут продолжать выделять микроорганизмы в течение 1-2 недель 30,31 . Бессимптомные пациенты обычно выделяют вибрионы со стулом только в течение 1 дня, примерно 10 3 вибрионов на грамм стула 32 .Следовательно, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

Таблица 1

Таблица 1

Клинический спектр Vibrio Cholerae Инфекция

3 3 6
Символ беймптом тяжелая инфекция
симптомы NORE Diarrehea * рвота и обильное диарея
NOTE NOTE Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого (Гиповофемический шок)
Характеристики стул Нормальный Свободные или водянистые Рис
Вибриос на грамм стула до 10 5 до 10 8 10 7 до 10 9 в стул (и Vomitus)
Лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) или антибиотики и внутривенные жидкости и антибиотики
смертность NOTE NOTE необработанные: до 50%: менее 1%

Количество симптоматических случаев варьирует в зависимости от возраста и эндемического характера заболевания. В эндемичных условиях, таких как дельта реки Ганг, дети с большей вероятностью будут госпитализированы с тяжелым заболеванием 33 . За последние 20 лет перевес тяжелых случаев смещается на детей младшего возраста, с пиком тяжелых случаев в возрасте 2 лет 34 . Напротив, при эпидемических схемах передачи, например, когда V. cholerae внедряется в иммунологически наивную популяцию, все возрастные группы кажутся одинаково восприимчивыми к симптоматической инфекции 16,35–37 .

Бессимптомные случаи также могут способствовать распространению организма, хотя и в гораздо меньшей степени, чем пациенты с симптомами, и могут отражать важный компонент приобретенного иммунитета, который наблюдается в некоторых сообществах. Однако бессимптомные случаи часто трудно документировать. Четырехкратное повышение титра сывороточных вибриоцидных антител является полезной мерой для выявления бессимптомных лиц, которые могут быть инфицированы, но от которых невозможно выделить микроорганизм. Используя положительный посев ректального мазка или реакцию на вибриоцидные антитела для определения инфекции, недавно было обнаружено, что бангладешские дети в возрасте до 5 лет имеют в 2–3 раза больше шансов на появление симптомов, чем дети старше 5 лет 35 . Частота симптомов во всех возрастных группах в этом исследовании составила 57% 35 . Это соответствует показателям симптоматических инфекций, которые были обнаружены в связи с классическими штаммами в более ранней литературе 32,38–40 , но значительно выше показателей, зарегистрированных для инфекций Эль-Тор в 1970-х годах 40 .Таким образом, бессимптомные случаи могут по-прежнему составлять примерно половину всех случаев. Будущие исследования иммунологии бессимптомных пациентов помогут оценить их вклад в защитный иммунитет на популяционном уровне.

Восприимчивость к холере

Генетические и пищевые факторы хозяина влияют на восприимчивость к холере. Антигены группы гистокрови ABH представляют собой набор клеточных и секретируемых гликолипидов и гликопротеинов, которые являются ключевыми детерминантами восприимчивости хозяина к ряду желудочно-кишечных патогенов; они, по-видимому, влияют на специфичность рецепторов клеток-хозяев для связывания патогенов и токсинов. Фенотип О соответствует немодифицированному антигену Н и связан со сниженным риском инфицирования V. cholerae . Однако после инфицирования хозяина фенотип O связан с повышенным риском тяжелых симптомов; механизм этого остается неизвестным. Распространенность фенотипа O варьируется среди человеческих популяций; его низкая распространенность в дельте реки Ганг предполагает наличие отбора против этого фенотипа в эндемичных по холере районах 35,41,42 .В популяциях с высокой распространенностью группы крови O, например, в Латинской Америке, заболевание протекает тяжелее, а потребность в регидратации и госпитализации инфицированных лиц значительно выше 43,44 .

Хотя антиген группы крови H является единственным давно признанным генетическим фактором, связанным с восприимчивостью к холере, другие генетические полиморфизмы, вероятно, были выбраны за или против, учитывая исторически высокие показатели смертности от холеры.Например, недавнее исследование связало тяжелую холеру с вариантом LPLUNC1 (белок 1, ассоциированный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) 45 , консервативного белка врожденного иммунитета. Экспрессия LPLUNC1 повышается в эпителии тонкой кишки во время острой холеры и может влиять на течение инфекции V. cholerae 46 .

Недостаточность питания, определяемая задержкой линейного роста, по-видимому, не является фактором риска для инфекции V. cholerae 35 .Однако дефицит ретинола (витамина А), микроэлемента, который способствует иммунитету слизистых оболочек, является фактором риска, связанным как с инфекцией V. cholerae , так и с развитием симптоматического заболевания 35 . Цинк, еще один микроэлемент, который способствует иммунитету слизистых оболочек, может истощаться во время диарейных заболеваний 47 . Пероральный прием цинка устраняет этот дефицит у детей, что приводит к существенному уменьшению объема стула и времени до прекращения диареи 44 .

Защитный иммунитет

В нескольких исследованиях показано, что клинически очевидная инфекция V. cholerae индуцирует защитный иммунитет против последующей инфекции (ВСТАВКА 1). Инфицирование североамериканских добровольцев классическим биотипом и биотипом Эль-Тор обеспечивало 100% и 90% защиту соответственно от последующего заражения 31,48 . Аналогичным образом, в эндемичных условиях было обнаружено, что более 90% пациентов с тяжелым течением заболевания, вызванным заражением классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем на основе наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации по поводу второго эпизода холеры в что население 33 ; аналогичные результаты были получены в отдельном исследовании 49 .Механизм этого защитного иммунитета к инфекции и болезни V. cholerae неизвестен.

Коробка 1 | Иммунный ответ человека на

Vibrio cholerae

Врожденный ответ

Холера считается прототипом невоспалительной инфекции. Часто отсутствуют грубые изменения слизистой оболочки кишечника или архитектурной целостности тонкой кишки. Однако во время острой холеры наблюдается активация провоспалительных цитокинов (включая интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли), экспрессия различных бактерицидных белков и миграция нейтрофилов в собственную пластинку. Естественная изменчивость врожденного иммунного ответа может влиять на восприимчивость, что подтверждается обнаружением того, что полиморфизм в промоторной области LPLUNC1 гена (белок 1, ассоциированный с карциномой эпителия легких и носа) связан с повышенным риском холеры.

Адаптивный ответ

Каким образом адаптивный иммунный ответ на холеру обеспечивает защиту от последующего заболевания, неизвестно. Поскольку Vibrio cholerae является неинвазивным, было высказано предположение, что кишечный секреторный иммуноглобулин A (sIgA) защищает от колонизации слизистой оболочки.Примерно через 8 дней после начала холеры наблюдается пик циркулирующих V. cholerae антиген-специфических лимфоцитов, которые экспрессируют хемокиновые рецепторы, направляющиеся в кишечник (см. рисунок) 112 . Эти лимфоциты вскоре становятся неопределяемыми в крови, поскольку они возвращаются на слизистую оболочку кишечника, где они приводят к повышению секреции кишечного sIgA. Реакции сывороточных антител, такие как вибриоцидный ответ антител, также достигают пика через 1–3 недели после заражения. Хотя высокие титры сывороточных вибриоцидных антител и IgA, специфичных к холерному токсину, коррелируют с защитой от инфекции, эти антитела снижаются до исходного уровня через год после заражения, задолго до ослабления защитного иммунитета к холере.Точно так же у добровольцев, инфицированных V. cholerae , уровни sIgA в слизистой оболочке снижаются до исходного уровня в течение нескольких месяцев. Однако, когда добровольцам, у которых больше не обнаруживаются антитела, повторно вводят антигены V. cholerae , они демонстрируют стойкую способность вызывать анамнестический иммунный ответ, развивая пик секреции кишечных антител так быстро, как в течение трех дней. Поэтому возможно, что быстрота анамнестического ответа при повторном контакте, а не предварительно сформированные антитела, может опосредовать защиту от холеры.Это подтверждается недавними данными о том, что холера индуцирует ответ В-клеток памяти, который можно обнаружить в течение как минимум 1 года после заражения холерой 113 .

Было выявлено несколько коррелятов иммунитета. Наиболее хорошо охарактеризованным серологическим маркером иммунитета является титр сывороточных вибриоцидных антител. Это антитело является комплемент-зависимым бактерицидным антителом, титр которого заметно увеличивается после заболевания, но снижается до исходного уровня через 6-9 месяцев 7 . В Бангладеш вибриоцидные антитела обнаруживаются у большинства людей в возрасте 10–15 лет и связаны со сниженным риском заражения.Поскольку V. cholerae является неинвазивным патогеном, эти сывороточные антитела могут не вносить прямого вклада в защиту на уровне слизистой оболочки кишечника, но они могут быть полезны для оценки степени защитного иммунитета на уровне популяции. Антитела иммуноглобулина А, специфичные к ТСР, ЛПС или субъединице В холерного токсина, коррелируют с защитой от последующей инфекции и заболевания 35 .

Полевые испытания вакцины обеспечивают контролируемую оценку устойчивости адаптивного иммунного ответа к V. холера . В крупнейшем контролируемом испытании 62 285 участников в Бангладеш были рандомизированы для получения 3 пероральных доз (с интервалом в 6 недель) комбинации убитых целых клеток (Эль-Тор и классическая) плюс субъединица В холерного токсина (вакцина B-WC), цельноклеточный компонент без субъединицы В (вакцина WC) или убитая кишечная палочка К12 в качестве контроля. Через 3 года наблюдения две вакцины (B-WC и WC) имели 50% и 52% защитную эффективность соответственно 50 . Для детей младше 5 лет эффективность составила 23–26%.Через 6 месяцев наблюдения вакцина B–WC обеспечила защиту на 85% 51 . Ведутся споры о том, демонстрируют ли эти данные эффективность, достаточную для широкомасштабного распространения. В настоящее время предпринимаются усилия по созданию новых вакцин для получения более сильных и устойчивых ответов у реципиентов, а также для снижения производственных затрат с целью преодоления как иммунологических, так и производственных препятствий, которые ограничивают осуществимость современных вакцин против холеры 52–55 .

Роль, которую коллективный иммунитет играет в замедлении передачи холеры, недавно получила признание.Испытания эффективности вакцины рандомизируют отдельных пациентов, чтобы гарантировать, что защитная эффективность отражает только прямое действие вакцины 56 . Это означает, что при лицензировании вакцин не учитывается их польза на уровне населения. Упомянутое выше испытание вакцины B-WC имело охват от 4% до 65% в разных регионах 50,57 . Когда показатели заболеваемости холерой сравнили с показателями охвата вакцинацией в конкретных регионах, было обнаружено, что заболеваемость среди реципиентов плацебо обратно коррелировала с уровнем охвата вакцинацией 57 : там, где охват был высоким, даже те, которые не получающих вакцину, вероятность заболеть холерой по-прежнему на четверть ниже, чем у непривитых людей в районах с низким уровнем охвата.Когда коллективный иммунитет включается в имитационные модели эффективности вакцины, 50-процентный охват вакцинацией B–WC в эндемичных районах приводит к снижению общего числа случаев заболевания на 93 % 58 . В совокупности эти исследования доказывают, что вакцина B–WC может обеспечить достаточную защиту для широкомасштабной вакцинации в эндемичных регионах и что коллективный иммунитет, вероятно, будет играть важную роль в ограничении передачи холеры.

Передача с точки зрения хозяина

Несколько групп разработали математические модели с использованием точек зрения как хозяина, так и патогена, чтобы помочь объяснить и предсказать природу вспышек холеры.Целью большинства этих моделей является точное отражение резких подъемов и спадов заболеваемости холерой, наблюдаемых раз в два года в регионах вокруг Бенгальского залива. Была построена модель, включающая скорость передачи, фактор сезонных колебаний и расчет числа восприимчивых лиц на основе разного защитного иммунитета от перенесенной инфекции 59–61 . Эти идеи были основаны на проверке гипотез о том, что высокое соотношение бессимптомных и симптоматических случаев связано с разрешением вспышки и что короткий период защитного иммунитета (2–12 недель) после заражения делает возможным последующие вспышки, которые наблюдаются в Бангладеш 62 . Результаты показывают, что сочетание многих бессимптомных случаев и кратковременного иммунитета, а не молчащих шедеров , дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. У модели есть ограничения: она предполагает, что соотношение бессимптомных и симптоматических случаев намного выше, чем наблюдалось в последние годы, и она была протестирована с использованием показателей смертности, связанных с клинически определенной холерой в Западной Бенгалии между 1891 и 1940 годами — эпохой до открытия. ротавирусной и энтеротоксигенной E.coli , которые являются искажающими факторами. Несмотря на свои недостатки, эти модели улучшают наше понимание сложной динамики вспышек и показывают, насколько мощной может быть реакция хозяина на ограничение передачи. Новые модели передачи холеры должны по-прежнему включать факторы сезонных колебаний, соотношение бессимптомных и симптоматических случаев и скорости снижения защитного иммунитета.

Возбудитель

Инфекционные дозы на животных моделях

Заражение человека-хозяина представляет собой многостадийный процесс: V. cholerae необходимо принимать внутрь в дозе, достаточной для преодоления врожденной иммунной защиты, затем экспрессировать факторы вирулентности для колонизации тонкого кишечника и, наконец, координировать выход из организма хозяина для облегчения передачи 63 (). Модели холеры на животных во многом являются показателями успешности первых двух стадий 64 . Используя модель инфекции на детях мышей, было показано, что V. cholerae , которые выделяются с фекалиями человека из рисового отвара, находятся в гиперинфекционном состоянии, демонстрируя ID 50 10–100 клеток по сравнению с приблизительно 500 клетками для В.cholerae выращены in vitro 65–67 . Гиперинфекционность была также зарегистрирована у Citrobacter rodentium 68 , а гиперинфекционность V. cholerae может быть воспроизведена при прохождении через мышиную модель инфекции 68,69 . Определение и фенотип гиперинфекционности противоречивы из-за сложности выбора наиболее подходящих условий культивирования для роста контрольного штамма.

Жизненный цикл патогенного Vibrio cholerae

Токсигенные штаммы Vibrio cholerae сохраняются в водной среде наряду с нетоксигенными штаммами, чему способствует образование биопленок на биологических поверхностях и использование хитина в качестве источника углерода и азота.При проглатывании этих адаптированных к водной среде бактерий с загрязненной пищей или водой токсигенные штаммы колонизируют тонкую кишку, размножаются, секретируют холерный токсин и выделяются хозяином обратно в окружающую среду при секреторной диарее. Патогены, выделяющиеся со стулом, находятся в преходящем гиперинфекционном состоянии, которое способствует усилению вспышки за счет передачи последующим хозяевам.

Молекулярные механизмы, способствующие гиперинфекционности V. cholerae , являются многофакторными.Исследования с применением микрочипов показали, что глобальный профиль транскрипции гиперинфицированных V. cholerae из рисового отвара отличается от профиля V. cholerae , выращенного in vitro или верхних отделов тонкой кишки V. cholerae , выделенного в рвотных массах 65, 70,71 (). Большинство известных генов вирулентности, в том числе гены холерного токсина и TCP, подавляются в стуле из рисового отвара, но механизм этого подавления остается неизвестным. Еще одним уникальным признаком является подавление генов хемотаксиса, что удивительно, учитывая, что планктонные вибрионы, выделяемые пациентами, жгутиковые и очень подвижные.Было показано, что это подавление хемотаксиса является одним из компонентов гиперинфекционности, поскольку подвижные, но не хемотаксирующие мутанты V. cholerae являются гиперинфекционными 66,72,73 .

Паттерны экспрессии генов Vibrio cholerae на разных стадиях жизненного цикла

При приеме внутрь (нижняя правая панель) Vibrio cholerae использует подвижность и муциназы для проникновения в гель слизи, а N -ацетилглюкозамин-связывающий белок A GbpA) и другие факторы для колонизации эпителия тонкой кишки. Существенные изменения в экспрессии генов сопровождают этот переход от прудовой к острой инфекции, включая, помимо прочего, индукцию vieA, которая кодирует фосфодиэстеразу, гидролизующую циклический ди-GMP вторичного мессенджера, и гены, регулируемые ToxR, в том числе гены холерного токсина и самоагрегативный пилюс, регулируемый токсином (TCP). Кроме того, некоторые гены репрессированы, например, гены хитин-связывающего маннозочувствительного гемагглютинина пилуса (MSHA) и сигма-фактора стресса RpoS.На поздней стадии инфекции (нижняя левая панель) V. cholerae снова изменяет экспрессию своего гена, чтобы отсоединиться от эпителия — «реакция побега» — и подготовиться к передаче другому хозяину (например, бытовое распространение ) или попадание в водную среду. Изменения на поздних стадиях включают индукцию генов синтеза c-di-GMP (дигуанилилциклазы), систем удаления питательных веществ (таких как регулон регуляции поглощения железа (Fur)) и подвижности (Fla), а также репрессию генов, таких как для хемотаксиса (Che) и регулона ToxR. Возникающее в результате «подвижное, но нехемотаксическое» состояние способствует гиперинфекционности. Если бактерии, выделяющиеся со стулом, не попадают в организм другого хозяина в течение короткого периода времени, то их ожидает одна из двух судеб (верхняя панель): закрепление в водной среде путем нахождения подходящих источников питательных веществ, таких как хитин, или распад до «активного организма». но некультурное’ состояние. При воздействии хитина V. cholerae индуцирует несколько генов, участвующих в прикреплении и катаболизме хитина (регулон ChiS), а также генах, участвующих в генетической компетентности (регулон TfoX).Образование биопленок на поверхностях опосредовано индукцией регулона Vps, который кодирует внеклеточный полисахарид. Во время перехода в активное, но не культивируемое состояние происходят большие изменения в экспрессии генов, поскольку V. cholerae пытается адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ. К ним относятся индукция генов фосфатного и азотного голодания (phoB и glnB-1 соответственно) и репрессия генов механизма трансляции.

Транскриптом V. cholerae , пассированного от животных, также уникален и был отмечен двумя недавними исследованиями.Во-первых, существует скоординированная «реакция побега», которая позволяет организму отделиться от ворсинок кишечника, готовясь к выходу из организма хозяина; это регулируется стрессом и сигма-фактором стационарной фазы РНК-полимеразы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не требуются для заражения, но важны для выживания при переходе в водную среду 75 . Эта предварительная индукция генов выживания в окружающей среде на поздних стадиях инфекции может подготовить организм к жесткому селективному давлению в прудовой воде, что способствует передаче 24,65 .В большинстве исследований, описанных выше, бактериальные клетки, составляющие инфекционную дозу, представляли собой планктонные клетки, а не агрегаты. Было проведено одно исследование на добровольцах, в ходе которого добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (т. е. агрегативной и экзополисахарид-продуцирующей); инфекционная доза была аналогична дозе планктонных форм, а морщинистые формы выделялись добровольцами 76 . Кроме того, люди выделяют V. cholerae в виде сложных биопленкоподобных агрегатов 67,77,78 .Идентификатор 50 из V. cholerae выделяется в агрегатах, и роль, которую эти агрегаты играют в передаче, еще предстоит определить.

Инфекционная доза для человека

Инфекционная доза V. cholerae для человека сильно различается в зависимости от бактериального штамма и хозяина. Дозы 10 8 –10 11 клеток требовались для последовательной колонизации здоровых североамериканских добровольцев 7,29,31 . Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 , когда бикарбонатный буфер используется для нейтрализации желудочной кислоты незадолго до инокуляции; этот метод дает уровень инфицирования 90% 7,29,31 . В контексте домохозяйств пища может действовать как кислотный буфер; в исследованиях на добровольцах введение бактерии в составе «блюда» из риса, рыбы, заварного крема и обезжиренного молока дало результаты, сравнимые с результатами, полученными при одновременном введении бактерии и бикарбоната 79 . В эндемичных условиях инфекционная доза неизвестна. Подсчет V. cholerae в образцах домашних хозяйств и объектов окружающей среды исторически сложен, требует быстрого реагирования и использования флуоресцентной микроскопии для подсчета тех бактерий, которые, возможно, стало трудно культивировать 80 .

Клинические наблюдения о том, что буферизация желудочной кислоты снижает инфекционную дозу, позволяют предположить, что бактериальные гены, участвующие в кислотоустойчивости, могут способствовать вирулентности. Мутагенез с сигнатурной меткой (STM) был использован для поиска подмножества генов вирулентности, которые способствуют кислотоустойчивости in vitro 81 . Удаление этих генов аттенуировало V. cholerae в модели инфекции у мышей, подтверждая их роль в вирулентности. Кроме того, воздействие дикого типа V.cholerae к кислоте непосредственно перед инокуляцией мышей давали большое конкурентное преимущество по сравнению с неадаптированными к кислоте бактериями 82 . Эти данные, наряду с другими, демонстрируют, что бактерии, выращенные in vitro , могут стать более заразными при воздействии стресса. Кроме того, эти результаты могут иметь клиническое значение в регионах мира, где преобладает сниженная выработка желудочной кислоты (ахлоргидрия) вследствие инфекции Helicobacter pylori, таких как Бангладеш 7 .

Передача с точки зрения возбудителя

Роль гиперинфекционности в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки остается непроверенной. V. cholerae остается гиперинфекционным в течение по крайней мере 5 часов после попадания от пациентов в водную среду, что свидетельствует о том, что гиперинфекционность играет особую роль в передаче инфекции в местах большого скопления людей, где существует вероятность того, что другой человек вступит в контакт с микроорганизмом. в относительно короткие сроки 65,70 .Одна из моделей передачи холеры предполагает, что вспышка начинается, когда либо уже инфицированный индексный случай мигрирует и заражает новую территорию, либо V. cholerae , потребляемый из природного резервуара окружающей среды, создает новый индексный случай среди местного населения. В обоих сценариях возможно ускорение вспышки в результате быстрого распространения гиперинфекционного V. cholerae от человека к человеку при коротком периоде пребывания в окружающей среде.Модели передачи, допускающие лишь стохастическое попадание V. cholerae из окружающей среды, не позволяют предсказать резкий рост числа случаев заболевания, наблюдаемый в начале вспышек по всему миру, в том числе тех, которые происходят раз в два года в Бангладеш 11 . Однако модели, включающие гиперинфекционность 83 , лучше отражают этот резкий рост.

Поддержание передачи через водные водоемы

Эндемическая холера встречается в регионах с естественными водными резервуарами токсигенных и нетоксигенных В. cholerae , где бактерии могут сохраняться либо в свободном состоянии, либо в ассоциации с фитопланктоном 84–86 , зоопланктоном 85–88 или биотическим и абиотическим детритом 89,90 . Эти взаимодействия могут быть как полезными, так и антагонистическими 91,92 . Ассоциации, как правило, не случайны. Например, V. cholerae развил механизмы прикрепления, деградации и использования хитина в качестве источника углерода и азота 93–95 ().Для экологических изолятов методы типирования ДНК, основанные на секвенировании гипервариабельных локусов с короткими повторами последовательностей, стали лучше определять взаимосвязь между нетоксигенными и токсигенными V. cholerae . В двух сельских районах, разделенных 80 километрами в дельте реки Ганг, были обнаружены различные штаммы из окружающей среды и клинических условий 96 . Экологические изоляты состояли как из токсигенных, так и из нетоксигенных штаммов O1 El Tor и O139 на фоне нетоксигенных штаммов, представляющих многие серогруппы. Напротив, клинические изоляты были строго токсигенными O1 El Tor и O139, но принадлежали к разным типам штаммов. Эти результаты демонстрируют, что у хозяина токсигенные штаммы имеют избирательное преимущество перед нетоксигенными штаммами из окружающей среды. Соотношение между экологическими и клиническими штаммами может быть другим в других регионах мира и, вероятно, будет варьироваться в зависимости от окружающей среды, санитарии, инфраструктуры и плотности населения.

Селективное давление в водной среде

Некоторые бактериальные патогены, включая V.cholerae , теряют способность к культивированию на стандартных средах после переноса с хозяина или из лаборатории в водную среду 24,97 . Этот фенотип традиционно известен как «жизнеспособное, но некультивируемое» (VBNC) состояние, поскольку клетки сохраняют способность к основным метаболическим процессам, таким как синтез белка, дыхание и поддержание целостности мембран, несмотря на их невозможность культивирования 24 . Альтернативный, более консервативный термин, применяемый к этому состоянию, — «активные, но некультивируемые» (ABNC), поскольку остается неясным, живы ли еще бактерии, утратившие способность к культивированию на стандартных средах 98 .

V. cholerae может быстро превратиться в ABNC при выходе из организма человека и попадании в водную среду. Исследования с V. cholerae , полученными от пациентов и in vitro , подвергнутыми диализу в прудовой воде, продемонстрировали снижение культивируемости на 60% и 90% через 5 часов и 24 часа соответственно 65 . Микроматричный анализ показал, что происходили быстрые и заметные транскрипционные изменения, когда бактерии переходили в состояние ABNC 65 . Эти изменения включали индукцию генов удаления фосфатов и связанного азота, а также подавление генов синтеза белка и энергетического метаболизма, что согласуется с низкими уровнями источников углерода, фосфатов и связанного азота, которые часто встречаются в водной среде. Остается проверить, продлит ли включение твердых частиц, которые были отфильтрованы из прудовой воды в вышеупомянутом исследовании, возможность культивирования V. cholerae . Поскольку такое быстрое снижение культивируемости возможно, исследователи задались вопросом, являются ли большинство клеток V. cholerae , заражающих людей из окружающей среды, ABNC или культивируемыми клетками. Одна из гипотез гласит, что если культивируемые клетки более заразны, чем клетки ABNC, то ID 50 , рассчитанный по общему количеству клеток, будет увеличиваться по мере уменьшения процента культивируемых клеток в популяции.Это было подтверждено недавними экспериментами, предполагающими, что основной вклад в инфицирование человека, вероятно, вносят культивируемые клетки V. cholerae 65 . Будущие математические модели передачи V. cholerae должны учитывать возможность снижения скорости культивирования.

V. cholerae литический бактериофаг

Биология виброфагов

Восемьдесят лет назад было высказано предположение, что бактериофаги могут контролировать естественные популяции патогенов 99,100 . Более поздние исследования в области морской микробиологии выявили элегантный баланс между бактериофагами и их добычей цианобактерий 101 . С клинической точки зрения бактериофаги в принципе можно использовать для профилактики или лечения инфекций. Действительно, «фаговая терапия» против холеры и других заболеваний была задокументирована (ВСТАВКА 2). Существует не менее 200 видов бактериофагов, которые инфицируют V. cholerae , известных как виброфаги 102,103 . Нитевидный лизогенный вибриофаг CTXΦ является одним из наиболее охарактеризованных, поскольку он несет гены, кодирующие холерный токсин 22 .Первым секвенированным геномом хвостатого вибриофага был κ139; этот вибриофаг может быть как лизогенным, так и литическим. Основным механизмом, благодаря которому V. cholerae O1 становится устойчивым к κ139 и многим другим виброфагам, является мутация кластера генов rfb , кодирующего ферменты синтеза ЛПС 104 . В отсутствие рецептора антигена LPS O вибриофаг не может связываться с бактериальной клеткой или инфицировать ее. Все мутанты rfb -null V. cholerae O1, которые были протестированы на сегодняшний день, являются аттенуированными 65,67,105 .

Коробка 2 | The Bacteriophage Inquiry

В 1915–1917 годах Twort 114 и d’Hérelle 115 независимо друг от друга открыли бактериофаги. д’Эрелль определил, что бактериальную инфекцию на животных моделях можно ослабить с помощью бактериофагов, и в 1925 году состояние пациентов с бубонной чумой улучшилось после того, как д’Эрелль ввел бактериофаги непосредственно в их бубоны (опухшие лимфатические узлы) 116 . Эти открытия привели к исследованию бактериофагов, которому было поручено изучить терапию бактериофагами холеры в Индии 116 .В их первом терапевтическом испытании 244 нелеченых пациента с холерой сравнивались с 219 пациентами с холерой, которых лечили виброфагами; в нелеченной группе смертность составила 20%, тогда как в обработанной группе — 6,8% (χ 2 , p <0,01). Другие исследования показали аналогичные результаты 5,116,117 . Несмотря на некоторые ограничения, присущие той эпохе, Расследование достигло достаточного успеха, чтобы расширить свои усилия 5 .

За 1928, 1929 и 1934 годы, в общей сложности 36 000, 130 823 и 871 316 доз вибриофагов были подготовлены и распространены персоналом по расследованию во время начала вспышек в конкретных исследуемых сообществах в Индии 116 .Вибриофаги также были распространены в общественных источниках питьевой воды для профилактики. Показатели смертности от холеры сравнивали с контрольными сообществами до и после вмешательств. Трехлетняя смертность от холеры снизилась с 30 до 2 на 10 000 в регионах, которые лечились вибриофагами 117 . Хотя эти исследования имели множество ограничений, они предоставили единственные доступные данные об эффективности терапии вибриофагами. Достижения в области регидратации и антибиотикотерапии в 1930-х и 1940-х годах сделали испытания бактериофагов, основанные на конечных точках смертности, неэтичными и статистически сложными 116,118 .

Вибриофаги в окружающей среде

В 1930-х годах была обнаружена положительная корреляция заболеваемости холерой с выделением виброфагов в водной среде 106 . В наше время было описано отсроченное положительное соответствие между ростом числа случаев холеры и последующим ростом вибриофагов в окружающей среде 107 . Модель, разработанная Jensen et al. предсказывает, что если вспышка будет инициирована увеличением V.cholerae в окружающей среде, плотность вибриофагов впоследствии будет увеличиваться, что в конечном итоге будет способствовать уменьшению вспышки 108 . В Международном центре исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (ICDDRB), увеличение числа случаев холеры было связано с соответствующим, но отсроченным ростом доли больных холерой с вибриофагами в стуле 109 . Вибриофаги, выявленные в этом исследовании, были литическими виброфагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов виброфагов 107 . Титры вибриофагов в стуле из рисовой воды варьировали от 10 2 до 10 8 бляшкообразующих единиц на миллилитр, что согласуется с другими публикациями 65,67 . Несмотря на присутствие литических вибриофагов, все образцы стула были положительными на V. cholerae , а V. cholerae обычно превышали численность вибриофагов по крайней мере на один порядок. Последующие исследования показали, что большинство бактериальных изолятов из стула по-прежнему восприимчивы к виброфагам 65,67 .Пока неясно, почему вибриофаги в кишечнике человека не могут устранить инфекцию V. cholerae , но эта «неудача» может играть важную роль в распространении клональной экспансии фагов во время вспышек 109 .

Передача с точки зрения виброфага

Современные эксперименты начали проверять гипотезу о том, что фаги могут ослаблять бактериальную передачу. Например, анализы подвижности с использованием темнопольной микроскопии использовались для быстрого скрининга стула из рисовой воды на наличие вибриофагов; стул, который был отрицательным в темном поле (не содержал подвижных вибрионов), с большей вероятностью содержал литические вибриофаги и имел низкое количество культивируемых клеток, но сходное общее количество клеток 77 . С помощью этого косвенного измерения для фагов было обнаружено, что по крайней мере половина больных холерой, которые наблюдались в течение 5-летнего периода в ICDDRB, содержали вибриофаги, а домашние контакты больных с положительным индексом вибриофага имели меньшую вероятность заражения. с V. cholerae , чем лица, которые были в контакте с пациентом, который не был фагоположительным 77 . Эти результаты согласуются с выводом о десятикратном снижении инфекционной дозы V.cholerae , когда в стуле хозяина содержатся вибриофаги 67 .

V. cholerae обычно превосходит по численности литических бактериофагов сразу после перехода от хозяина 65 , 67 . В лабораторных экспериментах с использованием испражнений рисовой воды, выделяемых людьми, бактериофаги имеют первоначальный всплеск репликации в течение первых нескольких часов в водной среде и могут достигать отношения бактериофагов к бактериям примерно 1 к 1 к 24 часам 65,67 . Хотя гиперинфекционность может сохраняться в течение нескольких часов после прохождения от хозяина 65,70 , потеря способности к культивированию (обсуждавшаяся выше) и цветение бактериофагов в водной среде, вероятно, в совокупности блокируют передачу 65 . Контрольные эксперименты с in vitro — производными V. cholerae и бактериофагами подтверждают, что бактериофаги могут ограничивать инфекционное бремя 65,67 . Однако бактериофаги никогда не способны полностью блокировать инфекцию, поскольку мутанты V.cholerae , у которых отсутствуют зрелые ЛПС, избегают нападения хищников и колонизируют мышей, хотя и в меньшем количестве. Как уже упоминалось, мутанты ЛПС аттенуированы и могут исчезнуть в естественном жизненном цикле V. cholerae 65,67,105 .

Таким образом, динамическое взаимодействие между бактериофагом и бактерией в прудовой воде предполагает, что модель передачи холеры должна включать меру быстрого снижения культивируемости бактерий и хищничества бактериофагов. В закрытой экспериментальной системе передача В.cholerae можно свести к минимуму, если эти два фактора сочетаются в водной среде. Таким образом, вероятно, преимущество приспособленности V. cholerae заключается в быстром переносе к следующему хозяину, когда культивируемость все еще высока, а концентрация бактериофагов все еще низка. В этом обзоре упоминается несколько моделей, предлагающих различные объяснения возникновения и прекращения вспышек с точки зрения хозяина (клинический спектр и коллективный иммунитет), бактерии (гиперинфекционность) и бактериофага (хищничество).Мы объединили несколько опубликованных моделей в одну рабочую диаграмму, чтобы побудить задуматься о том, как эти факторы могут взаимодействовать в естественной среде (). Лучшее понимание того, как функционирует интегрированная модель, может выявить возможности для вмешательств в области общественного здравоохранения.

Комбинированная модель передачи холеры с точки зрения хозяина и микроорганизмов

Общая популяция (H) питает пул восприимчивых хозяев (S), которые становятся заразными (I) после употребления Vibrio cholerae из окружающей среды источник, с литическими бактериофагами или без них (Ф). Инфицированные люди имеют симптомы (I symp ) или бессимптомные (I асимптомы ) и выздоравливают (R) под действием своей иммунной системы и, возможно, литических бактериофагов, или погибают от инфекции (m). Выздоровевшие люди будут повторно попадать в пул восприимчивых с разной частотой (//) в зависимости от степени защитного иммунитета. Литические фаги и гиперинфекционные V. cholerae (VC Hi ) выделяются хозяином с симптомами в различных концентрациях; бессимптомные хозяева выделяют гораздо меньше бактерий (пунктирная линия).Клетки VC Hi быстро переходят к следующему хозяину, сохраняются в окружающей среде как культивируемые клетки с неизвестной инфекционностью (VC C ) или распадаются до «активного, но не культивируемого» состояния (VC ABNC ) с пониженной инфекционностью. Все три типа клеток плюс совокупные бактерии (не показаны), вероятно, играют смешанную роль в качестве экологических резервуаров для будущих вспышек.

Заключительные замечания

Модель передачи, которая точно прогнозирует масштабы возникающей вспышки, предоставит органам общественного здравоохранения полезную информацию для надлежащего масштабирования их ответных мер.Вмешательства, направленные на жизненно важные этапы передачи инфекции, могут быть эффективными для предотвращения вспышек. Иммунитет хозяина, гиперинфекционность патогенов и фаги — все это факторы, которые можно использовать для борьбы со вспышками. Например, централизованные центры управления отходами часто не работают в условиях ограниченных ресурсов. Поскольку пациенты с симптомами выделяют больше V. cholerae , а V. cholerae с рисовым отваром являются гиперинфекционными, вспышки холеры лучше всего остановить в источнике, уменьшив контакт человека со свежевыведенным гиперинфекционным стулом.Другими словами, при сохранении централизованного управления следует поощрять и тестировать децентрализованные усилия по целевому обращению с отходами на единицу домохозяйства. Эта концепция подчеркивает исключительную важность уже проверенных, но простых домашних мер, таких как использование кувшинов с узким горлышком, хлорирование запасенной воды и мытье рук, для профилактики заболеваний 110,111 .

Еще многое предстоит узнать об эффективности вакцины в естественных условиях холеры.Отход от традиционных показателей эффективности вакцин путем учета преимуществ коллективного иммунитета будет продолжать раскрывать истинное влияние как существующих вакцин, так и вакцин, находящихся в разработке. Кроме того, понимание влияния хищничества бактериофагов и того, как вакцины снижают пул чувствительных до такой степени, что передача не может быть сохранена, являются важными областями для будущих исследований. Ответы на многие вопросы, поставленные в этом обзоре, имеют решающее значение для бедных ресурсами стран, таких как Зимбабве, для оптимизации использования ограниченных запасов вакцины и борьбы с пагубными последствиями плохой санитарии.

динамика хозяина, патогена и бактериофага

Abstract

Зимбабве представляет собой самый свежий пример трагедии, которая постигает страну и ее народ, когда поражает холера. Вспышка 2008–2009 гг. быстро распространилась по всем провинциям и привела к уровням смертности, аналогичным тем, которые наблюдались в результате инфекций холеры сто лет назад. В этом обзоре мы освещаем достижения, которые помогут понять, как взаимодействия между хозяином, бактериальным патогеном и литическим бактериофагом могут вызывать и подавлять вспышки холеры в эндемичных условиях и в регионах с зарождающейся эпидемией, таких как Зимбабве.

Диарейные заболевания, включая холеру, являются ведущей причиной заболеваемости и второй по частоте причиной смерти детей в возрасте до 5 лет во всем мире 1,2 . Трудно определить точную заболеваемость и смертность от холеры, поскольку системы эпиднадзора во многих развивающихся странах находятся в зачаточном состоянии, и многие страны не решаются сообщать о случаях холеры в ВОЗ из-за потенциального негативного экономического воздействия болезни на торговлю и туризм. Сегодня истинное бремя холеры оценивается в несколько миллионов случаев в год, преимущественно в Азии и Африке 3 . При оптимальном родоразрешении пероральная регидратационная терапия может снизить уровень летальности с >20% в прошлом 4–6 до <1% 7 . Предстоит проделать большую работу, поскольку в 2007 г. 27 стран сообщили о показателях летальности, превышающих 1% порогового значения (ССЫЛКА 8).

Возбудитель холеры, грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae, является факультативным патогеном, в жизненном цикле которого есть как человеческие, так и экологические стадии 9,10 . V. cholerae дифференцируется серологически на основе О-антигена его липополисахарида (ЛПС) (). Холерный токсин -продуцирующие ( токсигенные ) штаммы O1 и O139 серогрупп вызывают подавляющее большинство заболеваний. Серогруппа О1 подразделяется на два фенотипически различающихся биотипа , Эль-Тор и классический, второй из которых связан с более ранними пандемиями. Оба биотипа можно разделить на два серотипа: Inaba и Ogawa 7 . За последние 20 лет Эль Тор заменил классический биотип 11 ; тем не менее, наследие классического биотипа сохраняется, поскольку появились штаммы El Tor, содержащие классический холерный токсин 12–14 .Серогруппа О139 впервые появилась в 1992 г. в результате мультигенной замены в области, кодирующей О-антиген, исходного штамма O1 El Tor 15 . Хотя серогруппа O139 вызвала разрушительные вспышки в 1990-х годах, штамм El Tor остается доминирующим штаммом во всем мире 11,16,17 .

Филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae

На основании антигенности О-антигенного компонента липополисахарида наружной мембраны более 200 серогрупп (O1–O200) Vibrio cholerae существуют в водной среде.Только подмножество штаммов серогрупп O1 и O139 являются токсигенными (Tox + ) и, следовательно, способны вызывать холеру при проглатывании; такие штаммы отбираются для хозяина. Другие штаммы не являются токсигенными (Tox ) и отбираются против них. Различные типы О-антигена обозначены цветом внешней мембраны и жгутика, покрытого оболочкой (периплазматическое пространство и внутренняя мембрана не показаны). Капсулы присутствуют в подмножестве штаммов. Различные генотипы штаммов обозначены цветом цитоплазмы; обратите внимание, что Tox + O1 и O139 имеют по существу один и тот же генотип, за исключением генов О-антигена.

Патофизиология холеры описана в обширной литературе. Вкратце, патогенные штаммы содержат ключевые факторы вирулентности, в том числе холерный токсин 18 и совместно регулируемые токсином ворсинки (TCP) 19,20 , самосвязывающиеся ворсинки, которые связывают бактериальные клетки вместе 21 , возможно, чтобы противостоять силам сдвига. в тонкой кишке хозяина. Холерный токсин представляет собой секретируемый токсин AB 5 -субъединицы. Пентамер субъединицы B связывает моносиалотетрагексозилганглиозиды на абсорбирующих эпителиальных клетках, вызывая эндоцитоз ферментативной субъединицы A, после чего он АДФ рибозилирует субъединицу G-белка, которая контролирует активность аденилатциклазы. Хотя вирулентность является многофакторной, холерный токсин является ключевым фактором, ответственным за профузную секреторную диарею, возникающую у инфицированных людей. Трансмиссивные элементы, такие как лизогенный бактериофаг , несущий гены холерного токсина 22 , и элемент SXT, несущий гены устойчивости к антибиотикам 23 , продолжат формировать эволюцию V. cholerae .

Биологические факторы и факторы окружающей среды, влияющие на динамику вспышек холеры, продолжают оставаться предметом интенсивных исследований.Было опубликовано несколько обзорных статей, посвященных важности экологических факторов в развитии вспышек холеры 24–26 . В этом обзоре мы сосредоточимся скорее на трех биологических факторах, которые, как считается, играют важную роль в возникновении и формировании вспышек холеры: восприимчивость хозяина, вирулентность V. cholerae и литические бактериофаги. Ниже мы обсудим эту троицу факторов, поскольку они относятся к динамическому характеру вспышек холеры.

Человек-хозяин

Клинический спектр

V.cholerae инфекция

Инфекция V. cholerae вызывает клинический спектр, который варьируется от бессимптомной колонизации до холеры гравис, наиболее тяжелой формы заболевания (). После употребления хозяином зараженной пищи или воды V. cholerae колонизируют тонкую кишку в течение 12–72 часов до появления симптомов. Холера часто начинается с желудочных спазмов и рвоты, за которыми следует диарея, которая может прогрессировать до потери жидкости до 1 литра в час 27 .Эти потери приводят к тяжелому истощению объема жидкости и метаболическому ацидозу, что может привести к циркуляторному коллапсу и смерти 7 . Испражнения рисового отвара обычно содержат от 10 10 до 10 12 вибрионов на литр. Пациенты с симптомами могут выделять вибрионы до начала заболевания 28,29 и будут продолжать выделять микроорганизмы в течение 1-2 недель 30,31 . Бессимптомные пациенты обычно выделяют вибрионы со стулом только в течение 1 дня, примерно 10 3 вибрионов на грамм стула 32 .Следовательно, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

Таблица 1

Таблица 1

Клинический спектр Vibrio Cholerae Инфекция

3 3 6
Символ беймптом тяжелая инфекция
симптомы NORE Diarrehea * рвота и обильное диарея
NOTE NOTE Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого (Гиповофемический шок)
Характеристики стул Нормальный Свободные или водянистые Рис
Вибриос на грамм стула до 10 5 до 10 8 10 7 до 10 9 в стул (и Vomitus)
Лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) или антибиотики и внутривенные жидкости и антибиотики
смертность NOTE NOTE необработанные: до 50%: менее 1%

Количество симптоматических случаев варьирует в зависимости от возраста и эндемического характера заболевания. В эндемичных условиях, таких как дельта реки Ганг, дети с большей вероятностью будут госпитализированы с тяжелым заболеванием 33 . За последние 20 лет перевес тяжелых случаев смещается на детей младшего возраста, с пиком тяжелых случаев в возрасте 2 лет 34 . Напротив, при эпидемических схемах передачи, например, когда V. cholerae внедряется в иммунологически наивную популяцию, все возрастные группы кажутся одинаково восприимчивыми к симптоматической инфекции 16,35–37 .

Бессимптомные случаи также могут способствовать распространению организма, хотя и в гораздо меньшей степени, чем пациенты с симптомами, и могут отражать важный компонент приобретенного иммунитета, который наблюдается в некоторых сообществах. Однако бессимптомные случаи часто трудно документировать. Четырехкратное повышение титра сывороточных вибриоцидных антител является полезной мерой для выявления бессимптомных лиц, которые могут быть инфицированы, но от которых невозможно выделить микроорганизм. Используя положительный посев ректального мазка или реакцию на вибриоцидные антитела для определения инфекции, недавно было обнаружено, что бангладешские дети в возрасте до 5 лет имеют в 2–3 раза больше шансов на появление симптомов, чем дети старше 5 лет 35 . Частота симптомов во всех возрастных группах в этом исследовании составила 57% 35 . Это соответствует показателям симптоматических инфекций, которые были обнаружены в связи с классическими штаммами в более ранней литературе 32,38–40 , но значительно выше показателей, зарегистрированных для инфекций Эль-Тор в 1970-х годах 40 .Таким образом, бессимптомные случаи могут по-прежнему составлять примерно половину всех случаев. Будущие исследования иммунологии бессимптомных пациентов помогут оценить их вклад в защитный иммунитет на популяционном уровне.

Восприимчивость к холере

Генетические и пищевые факторы хозяина влияют на восприимчивость к холере. Антигены группы гистокрови ABH представляют собой набор клеточных и секретируемых гликолипидов и гликопротеинов, которые являются ключевыми детерминантами восприимчивости хозяина к ряду желудочно-кишечных патогенов; они, по-видимому, влияют на специфичность рецепторов клеток-хозяев для связывания патогенов и токсинов. Фенотип О соответствует немодифицированному антигену Н и связан со сниженным риском инфицирования V. cholerae . Однако после инфицирования хозяина фенотип O связан с повышенным риском тяжелых симптомов; механизм этого остается неизвестным. Распространенность фенотипа O варьируется среди человеческих популяций; его низкая распространенность в дельте реки Ганг предполагает наличие отбора против этого фенотипа в эндемичных по холере районах 35,41,42 .В популяциях с высокой распространенностью группы крови O, например, в Латинской Америке, заболевание протекает тяжелее, а потребность в регидратации и госпитализации инфицированных лиц значительно выше 43,44 .

Хотя антиген группы крови H является единственным давно признанным генетическим фактором, связанным с восприимчивостью к холере, другие генетические полиморфизмы, вероятно, были выбраны за или против, учитывая исторически высокие показатели смертности от холеры.Например, недавнее исследование связало тяжелую холеру с вариантом LPLUNC1 (белок 1, ассоциированный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) 45 , консервативного белка врожденного иммунитета. Экспрессия LPLUNC1 повышается в эпителии тонкой кишки во время острой холеры и может влиять на течение инфекции V. cholerae 46 .

Недостаточность питания, определяемая задержкой линейного роста, по-видимому, не является фактором риска для инфекции V. cholerae 35 .Однако дефицит ретинола (витамина А), микроэлемента, который способствует иммунитету слизистых оболочек, является фактором риска, связанным как с инфекцией V. cholerae , так и с развитием симптоматического заболевания 35 . Цинк, еще один микроэлемент, который способствует иммунитету слизистых оболочек, может истощаться во время диарейных заболеваний 47 . Пероральный прием цинка устраняет этот дефицит у детей, что приводит к существенному уменьшению объема стула и времени до прекращения диареи 44 .

Защитный иммунитет

В нескольких исследованиях показано, что клинически очевидная инфекция V. cholerae индуцирует защитный иммунитет против последующей инфекции (ВСТАВКА 1). Инфицирование североамериканских добровольцев классическим биотипом и биотипом Эль-Тор обеспечивало 100% и 90% защиту соответственно от последующего заражения 31,48 . Аналогичным образом, в эндемичных условиях было обнаружено, что более 90% пациентов с тяжелым течением заболевания, вызванным заражением классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем на основе наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации по поводу второго эпизода холеры в что население 33 ; аналогичные результаты были получены в отдельном исследовании 49 .Механизм этого защитного иммунитета к инфекции и болезни V. cholerae неизвестен.

Коробка 1 | Иммунный ответ человека на

Vibrio cholerae

Врожденный ответ

Холера считается прототипом невоспалительной инфекции. Часто отсутствуют грубые изменения слизистой оболочки кишечника или архитектурной целостности тонкой кишки. Однако во время острой холеры наблюдается активация провоспалительных цитокинов (включая интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли), экспрессия различных бактерицидных белков и миграция нейтрофилов в собственную пластинку. Естественная изменчивость врожденного иммунного ответа может влиять на восприимчивость, что подтверждается обнаружением того, что полиморфизм в промоторной области LPLUNC1 гена (белок 1, ассоциированный с карциномой эпителия легких и носа) связан с повышенным риском холеры.

Адаптивный ответ

Каким образом адаптивный иммунный ответ на холеру обеспечивает защиту от последующего заболевания, неизвестно. Поскольку Vibrio cholerae является неинвазивным, было высказано предположение, что кишечный секреторный иммуноглобулин A (sIgA) защищает от колонизации слизистой оболочки.Примерно через 8 дней после начала холеры наблюдается пик циркулирующих V. cholerae антиген-специфических лимфоцитов, которые экспрессируют хемокиновые рецепторы, направляющиеся в кишечник (см. рисунок) 112 . Эти лимфоциты вскоре становятся неопределяемыми в крови, поскольку они возвращаются на слизистую оболочку кишечника, где они приводят к повышению секреции кишечного sIgA. Реакции сывороточных антител, такие как вибриоцидный ответ антител, также достигают пика через 1–3 недели после заражения. Хотя высокие титры сывороточных вибриоцидных антител и IgA, специфичных к холерному токсину, коррелируют с защитой от инфекции, эти антитела снижаются до исходного уровня через год после заражения, задолго до ослабления защитного иммунитета к холере.Точно так же у добровольцев, инфицированных V. cholerae , уровни sIgA в слизистой оболочке снижаются до исходного уровня в течение нескольких месяцев. Однако, когда добровольцам, у которых больше не обнаруживаются антитела, повторно вводят антигены V. cholerae , они демонстрируют стойкую способность вызывать анамнестический иммунный ответ, развивая пик секреции кишечных антител так быстро, как в течение трех дней. Поэтому возможно, что быстрота анамнестического ответа при повторном контакте, а не предварительно сформированные антитела, может опосредовать защиту от холеры.Это подтверждается недавними данными о том, что холера вызывает реакцию В-клеток памяти, которая обнаруживается в течение по крайней мере 1 года после заражения холерой 113 .

Было выявлено несколько коррелятов иммунитета. Наиболее хорошо охарактеризованным серологическим маркером иммунитета является титр сывороточных вибриоцидных антител. Это антитело является комплемент-зависимым бактерицидным антителом, титр которого заметно возрастает после заболевания, но снижается до исходного уровня через 6-9 месяцев 7 . В Бангладеш вибриоцидные антитела обнаруживаются у большинства людей в возрасте 10–15 лет и связаны со сниженным риском заражения.Поскольку V. cholerae является неинвазивным патогеном, эти сывороточные антитела могут не вносить прямого вклада в защиту на уровне слизистой оболочки кишечника, но они могут быть полезны для оценки степени защитного иммунитета на уровне популяции. Антитела иммуноглобулина А, специфичные к ТСР, ЛПС или субъединице В холерного токсина, коррелируют с защитой от последующей инфекции и заболевания 35 .

Полевые испытания вакцины обеспечивают контролируемую оценку устойчивости адаптивного иммунного ответа на V. холера . В крупнейшем контролируемом испытании 62 285 участников в Бангладеш были рандомизированы для получения 3 пероральных доз (с интервалом в 6 недель) комбинации убитых целых клеток (Эль-Тор и классическая) плюс субъединица В холерного токсина (вакцина B-WC), цельноклеточный компонент без субъединицы В (вакцина WC) или убитая кишечная палочка К12 в качестве контроля. Через 3 года наблюдения две вакцины (B-WC и WC) имели 50% и 52% защитную эффективность соответственно 50 . Для детей младше 5 лет эффективность составила 23–26%.Через 6 месяцев наблюдения вакцина B–WC обеспечила защиту на 85% 51 . Ведутся споры о том, демонстрируют ли эти данные эффективность, достаточную для широкомасштабного распространения. В настоящее время предпринимаются усилия по созданию новых вакцин для получения более сильных и устойчивых ответов у реципиентов, а также для снижения производственных затрат с целью преодоления как иммунологических, так и производственных препятствий, которые ограничивают осуществимость современных вакцин против холеры 52–55 .

Роль, которую коллективный иммунитет играет в замедлении передачи холеры, недавно получила признание.Испытания эффективности вакцины рандомизируют отдельных пациентов, чтобы гарантировать, что защитная эффективность отражает только прямое действие вакцины 56 . Это означает, что при лицензировании вакцин не учитывается их польза на уровне населения. Упомянутое выше испытание вакцины B-WC имело охват от 4% до 65% в разных регионах 50,57 . Когда показатели заболеваемости холерой сравнили с показателями охвата вакцинацией в конкретных регионах, было обнаружено, что заболеваемость среди реципиентов плацебо обратно коррелировала с уровнем охвата вакцинацией 57 : там, где охват был высоким, даже те, которые не получающих вакцину, вероятность заболеть холерой по-прежнему на четверть ниже, чем у непривитых людей в районах с низким уровнем охвата.Когда коллективный иммунитет включается в имитационные модели эффективности вакцины, 50-процентный охват вакцинацией B–WC в эндемичных районах приводит к снижению общего числа случаев заболевания на 93 % 58 . В совокупности эти исследования доказывают, что вакцина B–WC может обеспечить достаточную защиту для широкомасштабной вакцинации в эндемичных регионах и что коллективный иммунитет, вероятно, будет играть важную роль в ограничении передачи холеры.

Передача с точки зрения хозяина

Несколько групп разработали математические модели с использованием точек зрения как хозяина, так и патогена, чтобы помочь объяснить и предсказать природу вспышек холеры.Целью большинства этих моделей является точное отражение резких подъемов и спадов заболеваемости холерой, наблюдаемых раз в два года в регионах вокруг Бенгальского залива. Была построена модель, включающая скорость передачи, фактор сезонных колебаний и расчет числа восприимчивых лиц на основе разного защитного иммунитета от перенесенной инфекции 59–61 . Эти идеи были основаны на проверке гипотез о том, что высокое соотношение бессимптомных и симптоматических случаев связано с разрешением вспышки и что короткий период защитного иммунитета (2–12 недель) после заражения делает возможным последующие вспышки, которые наблюдаются в Бангладеш 62 . Результаты показывают, что сочетание многих бессимптомных случаев и кратковременного иммунитета, а не молчащих шедеров , дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. У модели есть ограничения: она предполагает, что соотношение бессимптомных и симптоматических случаев намного выше, чем наблюдалось в последние годы, и она была протестирована с использованием показателей смертности, связанных с клинически определенной холерой в Западной Бенгалии между 1891 и 1940 годами — эпохой до открытия. ротавирусной и энтеротоксигенной E.coli , которые являются искажающими факторами. Несмотря на свои недостатки, эти модели улучшают наше понимание сложной динамики вспышек и показывают, насколько мощной может быть реакция хозяина на ограничение передачи. Новые модели передачи холеры должны по-прежнему включать факторы сезонных колебаний, соотношение бессимптомных и симптоматических случаев и скорости снижения защитного иммунитета.

Возбудитель

Инфекционные дозы на животных моделях

Заражение человека-хозяина представляет собой многостадийный процесс: V. cholerae необходимо принимать внутрь в дозе, достаточной для преодоления врожденной иммунной защиты, затем экспрессировать факторы вирулентности для колонизации тонкого кишечника и, наконец, координировать выход из организма хозяина для облегчения передачи 63 (). Модели холеры на животных во многом являются показателями успешности первых двух стадий 64 . Используя модель инфекции на детях мышей, было показано, что V. cholerae , которые выделяются с фекалиями человека из рисового отвара, находятся в гиперинфекционном состоянии, демонстрируя ID 50 10–100 клеток по сравнению с приблизительно 500 клетками для В.cholerae выращены in vitro 65–67 . Гиперинфекционность была также зарегистрирована у Citrobacter rodentium 68 , а гиперинфекционность V. cholerae может быть воспроизведена при прохождении через мышиную модель инфекции 68,69 . Определение и фенотип гиперинфекционности противоречивы из-за сложности выбора наиболее подходящих условий культивирования для роста контрольного штамма.

Жизненный цикл патогенного Vibrio cholerae

Токсигенные штаммы Vibrio cholerae сохраняются в водной среде наряду с нетоксигенными штаммами, чему способствует образование биопленок на биологических поверхностях и использование хитина в качестве источника углерода и азота.При проглатывании этих адаптированных к водной среде бактерий с загрязненной пищей или водой токсигенные штаммы колонизируют тонкую кишку, размножаются, секретируют холерный токсин и выделяются хозяином обратно в окружающую среду при секреторной диарее. Патогены, выделяющиеся со стулом, находятся в преходящем гиперинфекционном состоянии, которое способствует усилению вспышки за счет передачи последующим хозяевам.

Молекулярные механизмы, способствующие гиперинфекционности V. cholerae , являются многофакторными.Исследования с применением микрочипов показали, что глобальный профиль транскрипции гиперинфицированных V. cholerae из рисового отвара отличается от профиля V. cholerae , выращенного in vitro или верхних отделов тонкой кишки V. cholerae , выделенного в рвотных массах 65, 70,71 (). Большинство известных генов вирулентности, в том числе гены холерного токсина и TCP, подавляются в стуле из рисового отвара, но механизм этого подавления остается неизвестным. Еще одним уникальным признаком является подавление генов хемотаксиса, что удивительно, учитывая, что планктонные вибрионы, выделяемые пациентами, жгутиковые и очень подвижные.Было показано, что это подавление хемотаксиса является одним из компонентов гиперинфекционности, поскольку подвижные, но не хемотаксирующие мутанты V. cholerae являются гиперинфекционными 66,72,73 .

Паттерны экспрессии генов Vibrio cholerae на разных стадиях жизненного цикла

При приеме внутрь (нижняя правая панель) Vibrio cholerae использует подвижность и муциназы для проникновения в гель слизи, а N -ацетилглюкозамин-связывающий белок A GbpA) и другие факторы для колонизации эпителия тонкой кишки. Существенные изменения в экспрессии генов сопровождают этот переход от прудовой к острой инфекции, включая, помимо прочего, индукцию vieA, которая кодирует фосфодиэстеразу, гидролизующую циклический ди-GMP вторичного мессенджера, и гены, регулируемые ToxR, в том числе гены холерного токсина и самоагрегативный пилюс, регулируемый токсином (TCP). Кроме того, некоторые гены репрессированы, например, гены хитин-связывающего маннозочувствительного гемагглютинина пилуса (MSHA) и сигма-фактора стресса RpoS.На поздней стадии инфекции (нижняя левая панель) V. cholerae снова изменяет экспрессию своего гена, чтобы отсоединиться от эпителия — «реакция побега» — и подготовиться к передаче другому хозяину (например, бытовое распространение ) или попадание в водную среду. Изменения на поздних стадиях включают индукцию генов синтеза c-di-GMP (дигуанилилциклазы), систем удаления питательных веществ (таких как регулон регуляции поглощения железа (Fur)) и подвижности (Fla), а также репрессию генов, таких как для хемотаксиса (Che) и регулона ToxR. Возникающее в результате «подвижное, но нехемотаксическое» состояние способствует гиперинфекционности. Если бактерии, выделяющиеся со стулом, не попадают в организм другого хозяина в течение короткого периода времени, то их ожидает одна из двух судеб (верхняя панель): закрепление в водной среде путем нахождения подходящих источников питательных веществ, таких как хитин, или распад до «активного организма». но некультурное’ состояние. При воздействии хитина V. cholerae индуцирует несколько генов, участвующих в прикреплении и катаболизме хитина (регулон ChiS), а также генах, участвующих в генетической компетентности (регулон TfoX).Образование биопленок на поверхностях опосредовано индукцией регулона Vps, который кодирует внеклеточный полисахарид. Во время перехода в активное, но не культивируемое состояние происходят большие изменения в экспрессии генов, поскольку V. cholerae пытается адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ. К ним относятся индукция генов фосфатного и азотного голодания (phoB и glnB-1 соответственно) и репрессия генов механизма трансляции.

Транскриптом V. cholerae , пассированного от животных, также уникален и был отмечен двумя недавними исследованиями.Во-первых, существует скоординированная «реакция побега», которая позволяет организму отделиться от ворсинок кишечника, готовясь к выходу из организма хозяина; это регулируется стрессом и сигма-фактором стационарной фазы РНК-полимеразы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не требуются для заражения, но важны для выживания при переходе в водную среду 75 . Эта предварительная индукция генов выживания в окружающей среде на поздних стадиях инфекции может подготовить организм к жесткому селективному давлению в прудовой воде, тем самым облегчая передачу 24,65 .В большинстве исследований, описанных выше, бактериальные клетки, составляющие инфекционную дозу, представляли собой планктонные клетки, а не агрегаты. Было проведено одно исследование на добровольцах, в ходе которого добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (т. е. агрегативной и экзополисахарид-продуцирующей); инфекционная доза была аналогична дозе планктонных форм, а морщинистые формы выделялись добровольцами 76 . Кроме того, люди выделяют V. cholerae в виде сложных биопленкоподобных агрегатов 67,77,78 .Идентификатор 50 из V. cholerae выделяется в агрегатах, и роль, которую эти агрегаты играют в передаче, еще предстоит определить.

Инфекционная доза для человека

Инфекционная доза V. cholerae для человека сильно различается в зависимости от бактериального штамма и хозяина. Дозы 10 8 –10 11 клеток требовались для последовательной колонизации здоровых североамериканских добровольцев 7,29,31 . Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 , когда бикарбонатный буфер используется для нейтрализации желудочной кислоты незадолго до инокуляции; этот метод дает уровень инфицирования 90% 7,29,31 . В контексте домохозяйств пища может действовать как кислотный буфер; в исследованиях на добровольцах введение бактерии в составе «блюда» из риса, рыбы, заварного крема и обезжиренного молока дало результаты, сравнимые с результатами, полученными при одновременном введении бактерии и бикарбоната 79 . В эндемичных условиях инфекционная доза неизвестна. Подсчет V. cholerae в образцах домашних хозяйств и объектов окружающей среды исторически сложен, требует быстрого реагирования и использования флуоресцентной микроскопии для подсчета тех бактерий, которые, возможно, стало трудно культивировать 80 .

Клинические наблюдения о том, что буферизация желудочной кислоты снижает инфекционную дозу, позволяют предположить, что бактериальные гены, участвующие в кислотоустойчивости, могут способствовать вирулентности. Мутагенез с сигнатурной меткой (STM) был использован для поиска подмножества генов вирулентности, которые способствуют кислотоустойчивости in vitro 81 . Удаление этих генов аттенуировало V. cholerae в модели инфекции у мышей, подтверждая их роль в вирулентности. Кроме того, воздействие дикого типа V.cholerae к кислоте непосредственно перед инокуляцией мышей давали большое конкурентное преимущество по сравнению с неадаптированными к кислоте бактериями 82 . Эти данные, наряду с другими, демонстрируют, что бактерии, выращенные in vitro , могут стать более заразными при воздействии стресса. Кроме того, эти результаты могут иметь клиническое значение в регионах мира, где преобладает сниженная выработка желудочной кислоты (ахлоргидрия) вследствие инфекции Helicobacter pylori, таких как Бангладеш 7 .

Передача с точки зрения возбудителя

Роль гиперинфекционности в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки остается непроверенной. V. cholerae остается гиперинфекционным в течение по крайней мере 5 часов после попадания от пациентов в водную среду, что свидетельствует о том, что гиперинфекционность играет особую роль в передаче инфекции в местах большого скопления людей, где существует вероятность того, что другой человек вступит в контакт с микроорганизмом. в относительно короткие сроки 65,70 .Одна из моделей передачи холеры предполагает, что вспышка начинается, когда либо уже инфицированный индексный случай мигрирует и заражает новую территорию, либо V. cholerae , потребляемый из природного резервуара окружающей среды, создает новый индексный случай среди местного населения. В обоих сценариях возможно ускорение вспышки в результате быстрого распространения гиперинфекционного V. cholerae от человека к человеку при коротком периоде пребывания в окружающей среде.Модели передачи, допускающие лишь стохастическое попадание V. cholerae из окружающей среды, не позволяют предсказать резкий рост числа случаев заболевания, наблюдаемый в начале вспышек по всему миру, в том числе тех, которые происходят раз в два года в Бангладеш 11 . Однако модели, включающие гиперинфекционность 83 , лучше отражают эти резкие скачки.

Поддержание передачи через водные водоемы

Эндемическая холера встречается в регионах с естественными водными резервуарами токсигенных и нетоксигенных В. cholerae , где бактерии могут сохраняться либо в свободном состоянии, либо в ассоциации с фитопланктоном 84–86 , зоопланктоном 85–88 или биотическим и абиотическим детритом 89,90 . Эти взаимодействия могут быть как полезными, так и антагонистическими 91,92 . Ассоциации, как правило, не случайны. Например, V. cholerae развил механизмы прикрепления, деградации и использования хитина в качестве источника углерода и азота 93–95 ().Для экологических изолятов методы типирования ДНК, основанные на секвенировании гипервариабельных локусов с короткими повторами последовательностей, стали лучше определять взаимосвязь между нетоксигенными и токсигенными V. cholerae . В двух сельских районах, разделенных 80 километрами в дельте реки Ганг, были обнаружены различные штаммы из окружающей среды и клинических условий 96 . Экологические изоляты состояли как из токсигенных, так и из нетоксигенных штаммов O1 El Tor и O139 на фоне нетоксигенных штаммов, представляющих многие серогруппы. Напротив, клинические изоляты были строго токсигенными O1 El Tor и O139, но принадлежали к разным типам штаммов. Эти результаты демонстрируют, что у хозяина токсигенные штаммы имеют избирательное преимущество перед нетоксигенными штаммами из окружающей среды. Соотношение между экологическими и клиническими штаммами может быть другим в других регионах мира и, вероятно, будет варьироваться в зависимости от окружающей среды, санитарии, инфраструктуры и плотности населения.

Селективное давление в водной среде

Некоторые бактериальные патогены, включая V.cholerae , теряют способность к культивированию на стандартных средах после переноса с хозяина или из лаборатории в водную среду 24,97 . Этот фенотип традиционно известен как «жизнеспособное, но некультивируемое» (VBNC) состояние, поскольку клетки сохраняют способность к основным метаболическим процессам, таким как синтез белка, дыхание и поддержание целостности мембран, несмотря на их невозможность культивирования 24 . Альтернативный, более консервативный термин, применяемый к этому состоянию, — «активные, но некультивируемые» (ABNC), поскольку остается неясным, живы ли еще бактерии, утратившие способность к культивированию на стандартных средах 98 .

V. cholerae может быстро стать ABNC при выходе из организма человека и попадании в водную среду. Исследования с V. cholerae , полученными от пациентов и in vitro , подвергнутыми диализу в прудовой воде, продемонстрировали снижение культивируемости на 60% и 90% через 5 часов и 24 часа соответственно 65 . Микроматричный анализ показал, что происходили быстрые и заметные транскрипционные изменения, когда бактерии переходили в состояние ABNC 65 . Эти изменения включали индукцию генов удаления фосфатов и связанного азота, а также подавление генов синтеза белка и энергетического метаболизма, что согласуется с низкими уровнями источников углерода, фосфатов и связанного азота, которые часто встречаются в водной среде. Остается проверить, продлит ли включение твердых частиц, которые были отфильтрованы из прудовой воды в вышеупомянутом исследовании, возможность культивирования V. cholerae . Поскольку такое быстрое снижение культивируемости возможно, исследователи задались вопросом, являются ли большинство клеток V. cholerae , заражающих людей из окружающей среды, ABNC или культивируемыми клетками. Одна из гипотез гласит, что если культивируемые клетки более заразны, чем клетки ABNC, то ID 50 , рассчитанный по общему количеству клеток, будет увеличиваться по мере уменьшения процента культивируемых клеток в популяции.Это было подтверждено недавними экспериментами, предполагающими, что основной вклад в инфицирование человека, вероятно, вносят культивируемые клетки V. cholerae 65 . Будущие математические модели передачи V. cholerae должны учитывать возможность снижения скорости культивирования.

V. cholerae литический бактериофаг

Биология виброфагов

Восемьдесят лет назад было высказано предположение, что бактериофаги могут контролировать естественные популяции патогенов 99,100 . Более поздние исследования в области морской микробиологии выявили элегантный баланс между бактериофагами и их добычей цианобактерий 101 . С клинической точки зрения бактериофаги в принципе можно использовать для профилактики или лечения инфекций. Действительно, «фаговая терапия» против холеры и других заболеваний была задокументирована (ВСТАВКА 2). Существует не менее 200 видов бактериофагов, которые инфицируют V. cholerae , известных как виброфаги 102,103 . Нитевидный лизогенный вибриофаг CTXΦ является одним из наиболее охарактеризованных, поскольку он несет гены, кодирующие холерный токсин 22 .Первым секвенированным геномом хвостатого вибриофага был κ139; этот вибриофаг может быть как лизогенным, так и литическим. Основным механизмом, благодаря которому V. cholerae O1 становится устойчивым к κ139 и многим другим виброфагам, является мутация кластера генов rfb , кодирующего ферменты синтеза ЛПС 104 . В отсутствие рецептора антигена LPS O вибриофаг не может связываться с бактериальной клеткой или инфицировать ее. Все мутанты rfb -null V. cholerae O1, которые были протестированы на сегодняшний день, являются аттенуированными 65,67,105 .

Коробка 2 | The Bacteriophage Inquiry

В 1915–1917 годах Twort 114 и d’Hérelle 115 независимо друг от друга открыли бактериофаги. д’Эрелль определил, что бактериальную инфекцию на животных моделях можно ослабить с помощью бактериофагов, и в 1925 году состояние пациентов с бубонной чумой улучшилось после того, как д’Эрелль ввел бактериофаги непосредственно в их бубоны (опухшие лимфатические узлы) 116 . Эти открытия привели к исследованию бактериофагов, которому было поручено изучить терапию бактериофагами холеры в Индии 116 .В их первом терапевтическом испытании 244 нелеченых пациента с холерой сравнивались с 219 пациентами с холерой, которых лечили виброфагами; в нелеченной группе смертность составила 20%, тогда как в обработанной группе — 6,8% (χ 2 , p <0,01). Другие исследования показали аналогичные результаты 5,116,117 . Несмотря на некоторые ограничения, присущие той эпохе, Расследование достигло достаточного успеха, чтобы расширить свои усилия 5 .

За 1928, 1929 и 1934 годы, в общей сложности 36 000, 130 823 и 871 316 доз вибриофагов были подготовлены и распространены персоналом по расследованию во время начала вспышек в конкретных исследуемых сообществах в Индии 116 .Вибриофаги также были распространены в общественных источниках питьевой воды для профилактики. Показатели смертности от холеры сравнивали с контрольными сообществами до и после вмешательств. Трехлетняя смертность от холеры снизилась с 30 до 2 на 10 000 в регионах, которые лечились вибриофагами 117 . Хотя эти исследования имели множество ограничений, они предоставили единственные доступные данные об эффективности терапии вибриофагами. Достижения в области регидратации и антибиотикотерапии в 1930-х и 1940-х годах сделали испытания бактериофагов, основанные на конечных точках смертности, неэтичными и статистически сложными 116,118 .

Вибриофаги в окружающей среде

В 1930-х годах была обнаружена положительная корреляция заболеваемости холерой с выделением виброфагов в водной среде 106 . В наше время было описано отсроченное положительное соответствие между ростом числа случаев холеры и последующим ростом вибриофагов в окружающей среде 107 . Модель, разработанная Jensen et al. предсказывает, что если вспышка будет инициирована увеличением V.cholerae в окружающей среде, плотность вибриофагов впоследствии будет увеличиваться, что в конечном итоге будет способствовать уменьшению вспышки 108 . В Международном центре исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (ICDDRB), увеличение числа случаев холеры было связано с соответствующим, но отсроченным ростом доли больных холерой с вибриофагами в стуле 109 . Вибриофаги, выявленные в этом исследовании, были литическими виброфагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов виброфагов 107 . Титры вибриофагов в стуле из рисовой воды варьировали от 10 2 до 10 8 бляшкообразующих единиц на миллилитр, что согласуется с другими публикациями 65,67 . Несмотря на присутствие литических вибриофагов, все образцы стула были положительными на V. cholerae , а V. cholerae обычно превышали численность вибриофагов по крайней мере на один порядок. Последующие исследования показали, что большинство бактериальных изолятов из стула по-прежнему восприимчивы к виброфагам 65,67 .Пока неясно, почему вибриофаги в кишечнике человека не могут устранить инфекцию V. cholerae , но эта «неудача» может играть важную роль в распространении клональной экспансии фагов во время вспышек 109 .

Передача с точки зрения виброфага

Современные эксперименты начали проверять гипотезу о том, что фаги могут ослаблять бактериальную передачу. Например, анализы подвижности с использованием темнопольной микроскопии использовались для быстрого скрининга стула из рисовой воды на наличие вибриофагов; стул, который был отрицательным в темном поле (не содержал подвижных вибрионов), с большей вероятностью содержал литические вибриофаги и имел низкое количество культивируемых клеток, но сходное общее количество клеток 77 . С помощью этого косвенного измерения для фагов было обнаружено, что по крайней мере половина больных холерой, которые наблюдались в течение 5-летнего периода в ICDDRB, содержали вибриофаги, а домашние контакты больных с положительным индексом вибриофага имели меньшую вероятность заражения. с V. cholerae , чем лица, которые были в контакте с пациентом, который не был фагоположительным 77 . Эти результаты согласуются с выводом о десятикратном снижении инфекционной дозы V.cholerae , когда в стуле хозяина содержатся вибриофаги 67 .

V. cholerae обычно превосходит по численности литических бактериофагов сразу после перехода от хозяина 65 , 67 . В лабораторных экспериментах с использованием испражнений рисовой воды, выделяемых людьми, бактериофаги имеют первоначальный всплеск репликации в течение первых нескольких часов в водной среде и могут достигать отношения бактериофагов к бактериям примерно 1 к 1 к 24 часам 65,67 . Хотя гиперинфекционность может сохраняться в течение нескольких часов после прохождения от хозяина 65,70 , потеря способности к культивированию (обсуждавшаяся выше) и цветение бактериофагов в водной среде, вероятно, в совокупности блокируют передачу 65 . Контрольные эксперименты с in vitro — производными V. cholerae и бактериофагами подтверждают, что бактериофаги могут ограничивать инфекционное бремя 65,67 . Однако бактериофаги никогда не способны полностью блокировать инфекцию, поскольку мутанты V.cholerae , у которых отсутствуют зрелые ЛПС, избегают нападения хищников и колонизируют мышей, хотя и в меньшем количестве. Как уже упоминалось, мутанты ЛПС аттенуированы и могут исчезнуть в естественном жизненном цикле V. cholerae 65,67,105 .

Таким образом, динамическое взаимодействие между бактериофагом и бактерией в прудовой воде предполагает, что модель передачи холеры должна включать меру быстрого снижения культивируемости бактерий и хищничества бактериофагов. В закрытой экспериментальной системе передача В.cholerae можно свести к минимуму, если эти два фактора сочетаются в водной среде. Таким образом, вероятно, преимущество приспособленности V. cholerae заключается в быстром переносе к следующему хозяину, когда культивируемость все еще высока, а концентрация бактериофагов все еще низка. В этом обзоре упоминается несколько моделей, предлагающих различные объяснения возникновения и прекращения вспышек с точки зрения хозяина (клинический спектр и коллективный иммунитет), бактерии (гиперинфекционность) и бактериофага (хищничество).Мы объединили несколько опубликованных моделей в одну рабочую диаграмму, чтобы побудить задуматься о том, как эти факторы могут взаимодействовать в естественной среде (). Лучшее понимание того, как функционирует интегрированная модель, может выявить возможности для вмешательств в области общественного здравоохранения.

Комбинированная модель передачи холеры с точки зрения хозяина и микроорганизмов

Общая популяция (H) питает пул восприимчивых хозяев (S), которые становятся заразными (I) после употребления Vibrio cholerae из окружающей среды источник, с литическими бактериофагами или без них (Ф). Инфицированные люди имеют симптомы (I symp ) или бессимптомные (I асимптомы ) и выздоравливают (R) под действием своей иммунной системы и, возможно, литических бактериофагов, или погибают от инфекции (m). Выздоровевшие люди будут повторно попадать в пул восприимчивых с разной частотой (//) в зависимости от степени защитного иммунитета. Литические фаги и гиперинфекционные V. cholerae (VC Hi ) выделяются хозяином с симптомами в различных концентрациях; бессимптомные хозяева выделяют гораздо меньше бактерий (пунктирная линия).Клетки VC Hi быстро переходят к следующему хозяину, сохраняются в окружающей среде как культивируемые клетки с неизвестной инфекционностью (VC C ) или распадаются до «активного, но не культивируемого» состояния (VC ABNC ) с пониженной инфекционностью. Все три типа клеток плюс совокупные бактерии (не показаны), вероятно, играют смешанную роль в качестве экологических резервуаров для будущих вспышек.

Заключительные замечания

Модель передачи, которая точно прогнозирует масштабы возникающей вспышки, предоставит органам общественного здравоохранения полезную информацию для надлежащего масштабирования их ответных мер.Вмешательства, направленные на жизненно важные этапы передачи инфекции, могут быть эффективными для предотвращения вспышек. Иммунитет хозяина, гиперинфекционность патогенов и фаги — все это факторы, которые можно использовать для борьбы со вспышками. Например, централизованные центры управления отходами часто не работают в условиях ограниченных ресурсов. Поскольку пациенты с симптомами выделяют больше V. cholerae , а V. cholerae с рисовым отваром являются гиперинфекционными, вспышки холеры лучше всего остановить в источнике, уменьшив контакт человека со свежевыведенным гиперинфекционным стулом.Другими словами, при сохранении централизованного управления следует поощрять и тестировать децентрализованные усилия по целевому обращению с отходами на единицу домохозяйства. Эта концепция подчеркивает исключительную важность уже проверенных, но простых домашних мер, таких как использование кувшинов с узким горлышком, хлорирование запасенной воды и мытье рук, для профилактики заболеваний 110,111 .

Еще многое предстоит узнать об эффективности вакцины в естественных условиях холеры.Отход от традиционных показателей эффективности вакцин путем учета преимуществ коллективного иммунитета будет продолжать раскрывать истинное влияние как существующих вакцин, так и вакцин, находящихся в разработке. Кроме того, понимание влияния хищничества бактериофагов и того, как вакцины снижают пул чувствительных до такой степени, что передача не может быть сохранена, являются важными областями для будущих исследований. Ответы на многие вопросы, поставленные в этом обзоре, имеют решающее значение для бедных ресурсами стран, таких как Зимбабве, для оптимизации использования ограниченных запасов вакцины и борьбы с пагубными последствиями плохой санитарии.

динамика хозяина, патогена и бактериофага

Abstract

Зимбабве представляет собой самый свежий пример трагедии, которая постигает страну и ее народ, когда поражает холера. Вспышка 2008–2009 гг. быстро распространилась по всем провинциям и привела к уровням смертности, аналогичным тем, которые наблюдались в результате инфекций холеры сто лет назад. В этом обзоре мы освещаем достижения, которые помогут понять, как взаимодействия между хозяином, бактериальным патогеном и литическим бактериофагом могут вызывать и подавлять вспышки холеры в эндемичных условиях и в регионах с зарождающейся эпидемией, таких как Зимбабве.

Диарейные заболевания, включая холеру, являются ведущей причиной заболеваемости и второй по частоте причиной смерти детей в возрасте до 5 лет во всем мире 1,2 . Трудно определить точную заболеваемость и смертность от холеры, поскольку системы эпиднадзора во многих развивающихся странах находятся в зачаточном состоянии, и многие страны не решаются сообщать о случаях холеры в ВОЗ из-за потенциального негативного экономического воздействия болезни на торговлю и туризм. Сегодня истинное бремя холеры оценивается в несколько миллионов случаев в год, преимущественно в Азии и Африке 3 . При оптимальном родоразрешении пероральная регидратационная терапия может снизить уровень летальности с >20% в прошлом 4–6 до <1% 7 . Предстоит проделать большую работу, поскольку в 2007 г. 27 стран сообщили о показателях летальности, превышающих 1% порогового значения (ССЫЛКА 8).

Возбудитель холеры, грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae, является факультативным патогеном, в жизненном цикле которого есть как человеческие, так и экологические стадии 9,10 . V. cholerae дифференцируется серологически на основе О-антигена его липополисахарида (ЛПС) (). Холерный токсин -продуцирующие ( токсигенные ) штаммы O1 и O139 серогрупп вызывают подавляющее большинство заболеваний. Серогруппа О1 подразделяется на два фенотипически различающихся биотипа , Эль-Тор и классический, второй из которых связан с более ранними пандемиями. Оба биотипа можно разделить на два серотипа: Inaba и Ogawa 7 . За последние 20 лет Эль Тор заменил классический биотип 11 ; тем не менее, наследие классического биотипа сохраняется, поскольку появились штаммы El Tor, содержащие классический холерный токсин 12–14 .Серогруппа О139 впервые появилась в 1992 г. в результате мультигенной замены в области, кодирующей О-антиген, исходного штамма O1 El Tor 15 . Хотя серогруппа O139 вызвала разрушительные вспышки в 1990-х годах, штамм El Tor остается доминирующим штаммом во всем мире 11,16,17 .

Филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae

На основании антигенности О-антигенного компонента липополисахарида наружной мембраны более 200 серогрупп (O1–O200) Vibrio cholerae существуют в водной среде.Только подмножество штаммов серогрупп O1 и O139 являются токсигенными (Tox + ) и, следовательно, способны вызывать холеру при проглатывании; такие штаммы отбираются для хозяина. Другие штаммы не являются токсигенными (Tox ) и отбираются против них. Различные типы О-антигена обозначены цветом внешней мембраны и жгутика, покрытого оболочкой (периплазматическое пространство и внутренняя мембрана не показаны). Капсулы присутствуют в подмножестве штаммов. Различные генотипы штаммов обозначены цветом цитоплазмы; обратите внимание, что Tox + O1 и O139 имеют по существу один и тот же генотип, за исключением генов О-антигена.

Патофизиология холеры описана в обширной литературе. Вкратце, патогенные штаммы содержат ключевые факторы вирулентности, в том числе холерный токсин 18 и совместно регулируемые токсином ворсинки (TCP) 19,20 , самосвязывающиеся ворсинки, которые связывают бактериальные клетки вместе 21 , возможно, чтобы противостоять силам сдвига. в тонкой кишке хозяина. Холерный токсин представляет собой секретируемый токсин AB 5 -субъединицы. Пентамер субъединицы B связывает моносиалотетрагексозилганглиозиды на абсорбирующих эпителиальных клетках, вызывая эндоцитоз ферментативной субъединицы A, после чего он АДФ рибозилирует субъединицу G-белка, которая контролирует активность аденилатциклазы. Хотя вирулентность является многофакторной, холерный токсин является ключевым фактором, ответственным за профузную секреторную диарею, возникающую у инфицированных людей. Трансмиссивные элементы, такие как лизогенный бактериофаг , несущий гены холерного токсина 22 , и элемент SXT, несущий гены устойчивости к антибиотикам 23 , продолжат формировать эволюцию V. cholerae .

Биологические факторы и факторы окружающей среды, влияющие на динамику вспышек холеры, продолжают оставаться предметом интенсивных исследований.Было опубликовано несколько обзорных статей, посвященных важности экологических факторов в развитии вспышек холеры 24–26 . В этом обзоре мы сосредоточимся скорее на трех биологических факторах, которые, как считается, играют важную роль в возникновении и формировании вспышек холеры: восприимчивость хозяина, вирулентность V. cholerae и литические бактериофаги. Ниже мы обсудим эту троицу факторов, поскольку они относятся к динамическому характеру вспышек холеры.

Человек-хозяин

Клинический спектр

V.cholerae инфекция

Инфекция V. cholerae вызывает клинический спектр, который варьируется от бессимптомной колонизации до холеры гравис, наиболее тяжелой формы заболевания (). После употребления хозяином зараженной пищи или воды V. cholerae колонизируют тонкую кишку в течение 12–72 часов до появления симптомов. Холера часто начинается с желудочных спазмов и рвоты, за которыми следует диарея, которая может прогрессировать до потери жидкости до 1 литра в час 27 .Эти потери приводят к тяжелому истощению объема жидкости и метаболическому ацидозу, что может привести к циркуляторному коллапсу и смерти 7 . Испражнения рисового отвара обычно содержат от 10 10 до 10 12 вибрионов на литр. Пациенты с симптомами могут выделять вибрионы до начала заболевания 28,29 и будут продолжать выделять микроорганизмы в течение 1-2 недель 30,31 . Бессимптомные пациенты обычно выделяют вибрионы со стулом только в течение 1 дня, примерно 10 3 вибрионов на грамм стула 32 .Следовательно, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

Таблица 1

Таблица 1

Клинический спектр Vibrio Cholerae Инфекция

3 3 6
Символ беймптом тяжелая инфекция
симптомы NORE Diarrehea * рвота и обильное диарея
NOTE NOTE Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого (Гиповофемический шок)
Характеристики стул Нормальный Свободные или водянистые Рис
Вибриос на грамм стула до 10 5 до 10 8 10 7 до 10 9 в стул (и Vomitus)
Лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) или антибиотики и внутривенные жидкости и антибиотики
смертность NOTE NOTE необработанные: до 50%: менее 1%

Количество симптоматических случаев варьирует в зависимости от возраста и эндемического характера заболевания. В эндемичных условиях, таких как дельта реки Ганг, дети с большей вероятностью будут госпитализированы с тяжелым заболеванием 33 . За последние 20 лет перевес тяжелых случаев смещается на детей младшего возраста, с пиком тяжелых случаев в возрасте 2 лет 34 . Напротив, при эпидемических схемах передачи, например, когда V. cholerae внедряется в иммунологически наивную популяцию, все возрастные группы кажутся одинаково восприимчивыми к симптоматической инфекции 16,35–37 .

Бессимптомные случаи также могут способствовать распространению организма, хотя и в гораздо меньшей степени, чем пациенты с симптомами, и могут отражать важный компонент приобретенного иммунитета, который наблюдается в некоторых сообществах. Однако бессимптомные случаи часто трудно документировать. Четырехкратное повышение титра сывороточных вибриоцидных антител является полезной мерой для выявления бессимптомных лиц, которые могут быть инфицированы, но от которых невозможно выделить микроорганизм. Используя положительный посев ректального мазка или реакцию на вибриоцидные антитела для определения инфекции, недавно было обнаружено, что бангладешские дети в возрасте до 5 лет имеют в 2–3 раза больше шансов на появление симптомов, чем дети старше 5 лет 35 . Частота симптомов во всех возрастных группах в этом исследовании составила 57% 35 . Это соответствует показателям симптоматических инфекций, которые были обнаружены в связи с классическими штаммами в более ранней литературе 32,38–40 , но значительно выше показателей, зарегистрированных для инфекций Эль-Тор в 1970-х годах 40 .Таким образом, бессимптомные случаи могут по-прежнему составлять примерно половину всех случаев. Будущие исследования иммунологии бессимптомных пациентов помогут оценить их вклад в защитный иммунитет на популяционном уровне.

Восприимчивость к холере

Генетические и пищевые факторы хозяина влияют на восприимчивость к холере. Антигены группы гистокрови ABH представляют собой набор клеточных и секретируемых гликолипидов и гликопротеинов, которые являются ключевыми детерминантами восприимчивости хозяина к ряду желудочно-кишечных патогенов; они, по-видимому, влияют на специфичность рецепторов клеток-хозяев для связывания патогенов и токсинов. Фенотип О соответствует немодифицированному антигену Н и связан со сниженным риском инфицирования V. cholerae . Однако после инфицирования хозяина фенотип O связан с повышенным риском тяжелых симптомов; механизм этого остается неизвестным. Распространенность фенотипа O варьируется среди человеческих популяций; его низкая распространенность в дельте реки Ганг предполагает наличие отбора против этого фенотипа в эндемичных по холере районах 35,41,42 .В популяциях с высокой распространенностью группы крови O, например, в Латинской Америке, заболевание протекает тяжелее, а потребность в регидратации и госпитализации инфицированных лиц значительно выше 43,44 .

Хотя антиген группы крови H является единственным давно признанным генетическим фактором, связанным с восприимчивостью к холере, другие генетические полиморфизмы, вероятно, были выбраны за или против, учитывая исторически высокие показатели смертности от холеры.Например, недавнее исследование связало тяжелую холеру с вариантом LPLUNC1 (белок 1, ассоциированный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) 45 , консервативного белка врожденного иммунитета. Экспрессия LPLUNC1 повышается в эпителии тонкой кишки во время острой холеры и может влиять на течение инфекции V. cholerae 46 .

Недостаточность питания, определяемая задержкой линейного роста, по-видимому, не является фактором риска для инфекции V. cholerae 35 .Однако дефицит ретинола (витамина А), микроэлемента, который способствует иммунитету слизистых оболочек, является фактором риска, связанным как с инфекцией V. cholerae , так и с развитием симптоматического заболевания 35 . Цинк, еще один микроэлемент, который способствует иммунитету слизистых оболочек, может истощаться во время диарейных заболеваний 47 . Пероральный прием цинка устраняет этот дефицит у детей, что приводит к существенному уменьшению объема стула и времени до прекращения диареи 44 .

Защитный иммунитет

В нескольких исследованиях показано, что клинически очевидная инфекция V. cholerae индуцирует защитный иммунитет против последующей инфекции (ВСТАВКА 1). Инфицирование североамериканских добровольцев классическим биотипом и биотипом Эль-Тор обеспечивало 100% и 90% защиту соответственно от последующего заражения 31,48 . Аналогичным образом, в эндемичных условиях было обнаружено, что более 90% пациентов с тяжелым течением заболевания, вызванным заражением классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем на основе наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации по поводу второго эпизода холеры в что население 33 ; аналогичные результаты были получены в отдельном исследовании 49 .Механизм этого защитного иммунитета к инфекции и болезни V. cholerae неизвестен.

Коробка 1 | Иммунный ответ человека на

Vibrio cholerae

Врожденный ответ

Холера считается прототипом невоспалительной инфекции. Часто отсутствуют грубые изменения слизистой оболочки кишечника или архитектурной целостности тонкой кишки. Однако во время острой холеры наблюдается активация провоспалительных цитокинов (включая интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли), экспрессия различных бактерицидных белков и миграция нейтрофилов в собственную пластинку. Естественная изменчивость врожденного иммунного ответа может влиять на восприимчивость, что подтверждается обнаружением того, что полиморфизм в промоторной области LPLUNC1 гена (белок 1, ассоциированный с карциномой эпителия легких и носа) связан с повышенным риском холеры.

Адаптивный ответ

Каким образом адаптивный иммунный ответ на холеру обеспечивает защиту от последующего заболевания, неизвестно. Поскольку Vibrio cholerae является неинвазивным, было высказано предположение, что кишечный секреторный иммуноглобулин A (sIgA) защищает от колонизации слизистой оболочки.Примерно через 8 дней после начала холеры наблюдается пик циркулирующих V. cholerae антиген-специфических лимфоцитов, которые экспрессируют хемокиновые рецепторы, направляющиеся в кишечник (см. рисунок) 112 . Эти лимфоциты вскоре становятся неопределяемыми в крови, поскольку они возвращаются на слизистую оболочку кишечника, где они приводят к увеличению секреции кишечного sIgA. Реакции сывороточных антител, такие как вибриоцидный ответ антител, также достигают пика через 1–3 недели после заражения. Хотя высокие титры сывороточных вибриоцидных антител и IgA, специфичных к холерному токсину, коррелируют с защитой от инфекции, эти антитела снижаются до исходного уровня через год после заражения, задолго до ослабления защитного иммунитета к холере.Точно так же у добровольцев, инфицированных V. cholerae , уровни sIgA в слизистой оболочке снижаются до исходного уровня в течение нескольких месяцев. Однако, когда добровольцам, у которых больше не обнаруживаются антитела, повторно вводят антигены V. cholerae , они демонстрируют стойкую способность вызывать анамнестический иммунный ответ, развивая пик секреции кишечных антител так быстро, как в течение трех дней. Поэтому возможно, что быстрота анамнестического ответа при повторном контакте, а не предварительно сформированные антитела, может опосредовать защиту от холеры.Это подтверждается недавними данными о том, что холера индуцирует ответ В-клеток памяти, который можно обнаружить в течение как минимум 1 года после заражения холерой 113 .

Было выявлено несколько коррелятов иммунитета. Наиболее хорошо охарактеризованным серологическим маркером иммунитета является титр сывороточных вибриоцидных антител. Это антитело является комплемент-зависимым бактерицидным антителом, титр которого заметно увеличивается после заболевания, но снижается до исходного уровня через 6-9 месяцев 7 . В Бангладеш вибриоцидные антитела обнаруживаются у большинства людей в возрасте 10–15 лет и связаны со сниженным риском заражения.Поскольку V. cholerae является неинвазивным патогеном, эти сывороточные антитела могут не вносить прямого вклада в защиту на уровне слизистой оболочки кишечника, но они могут быть полезны для оценки степени защитного иммунитета на уровне популяции. Антитела иммуноглобулина А, специфичные к ТСР, ЛПС или субъединице В холерного токсина, коррелируют с защитой от последующей инфекции и заболевания 35 .

Полевые испытания вакцины обеспечивают контролируемую оценку устойчивости адаптивного иммунного ответа к V. холера . В крупнейшем контролируемом испытании 62 285 участников в Бангладеш были рандомизированы для получения 3 пероральных доз (с интервалом в 6 недель) комбинации убитых целых клеток (Эль-Тор и классическая) плюс субъединица В холерного токсина (вакцина B-WC), цельноклеточный компонент без субъединицы В (вакцина WC) или убитая кишечная палочка К12 в качестве контроля. Через 3 года наблюдения две вакцины (B-WC и WC) имели 50% и 52% защитную эффективность соответственно 50 . Для детей младше 5 лет эффективность составила 23–26%.Через 6 месяцев наблюдения вакцина B–WC обеспечила защиту на 85% 51 . Ведутся споры о том, демонстрируют ли эти данные эффективность, достаточную для широкомасштабного распространения. В настоящее время предпринимаются усилия по созданию новых вакцин для получения более сильных и устойчивых ответов у реципиентов, а также для снижения производственных затрат с целью преодоления как иммунологических, так и производственных препятствий, которые ограничивают осуществимость современных вакцин против холеры 52–55 .

Роль, которую коллективный иммунитет играет в замедлении передачи холеры, недавно получила признание.Испытания эффективности вакцины рандомизируют отдельных пациентов, чтобы гарантировать, что защитная эффективность отражает только прямое действие вакцины 56 . Это означает, что при лицензировании вакцин не учитывается их польза на уровне населения. Упомянутое выше испытание вакцины B-WC имело охват от 4% до 65% в разных регионах 50,57 . Когда показатели заболеваемости холерой сравнили с показателями охвата вакцинацией в конкретных регионах, было обнаружено, что заболеваемость среди реципиентов плацебо обратно коррелировала с уровнем охвата вакцинацией 57 : там, где охват был высоким, даже те, которые не получающих вакцину, вероятность заболеть холерой по-прежнему на четверть ниже, чем у непривитых людей в районах с низким уровнем охвата.Когда коллективный иммунитет включается в имитационные модели эффективности вакцины, 50-процентный охват вакцинацией B–WC в эндемичных районах приводит к снижению общего числа случаев заболевания на 93 % 58 . В совокупности эти исследования доказывают, что вакцина B–WC может обеспечить достаточную защиту для широкомасштабной вакцинации в эндемичных регионах и что коллективный иммунитет, вероятно, будет играть важную роль в ограничении передачи холеры.

Передача с точки зрения хозяина

Несколько групп разработали математические модели с использованием точек зрения как хозяина, так и патогена, чтобы помочь объяснить и предсказать природу вспышек холеры.Целью большинства этих моделей является точное отражение резких подъемов и спадов заболеваемости холерой, наблюдаемых раз в два года в регионах вокруг Бенгальского залива. Была построена модель, включающая скорость передачи, фактор сезонных колебаний и расчет числа восприимчивых лиц на основе разного защитного иммунитета от перенесенной инфекции 59–61 . Эти идеи были основаны на проверке гипотез о том, что высокое соотношение бессимптомных и симптоматических случаев связано с разрешением вспышки и что короткий период защитного иммунитета (2–12 недель) после заражения делает возможным последующие вспышки, которые наблюдаются в Бангладеш 62 . Результаты показывают, что сочетание многих бессимптомных случаев и кратковременного иммунитета, а не молчащих шедеров , дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. У модели есть ограничения: она предполагает, что соотношение бессимптомных и симптоматических случаев намного выше, чем наблюдалось в последние годы, и она была протестирована с использованием показателей смертности, связанных с клинически определенной холерой в Западной Бенгалии между 1891 и 1940 годами — эпохой до открытия. ротавирусной и энтеротоксигенной E.coli , которые являются искажающими факторами. Несмотря на свои недостатки, эти модели улучшают наше понимание сложной динамики вспышек и показывают, насколько мощной может быть реакция хозяина на ограничение передачи. Новые модели передачи холеры должны по-прежнему включать факторы сезонных колебаний, соотношение бессимптомных и симптоматических случаев и скорости снижения защитного иммунитета.

Возбудитель

Инфекционные дозы на животных моделях

Заражение человека-хозяина представляет собой многостадийный процесс: V. cholerae необходимо принимать внутрь в дозе, достаточной для преодоления врожденной иммунной защиты, затем экспрессировать факторы вирулентности для колонизации тонкого кишечника и, наконец, координировать выход из организма хозяина для облегчения передачи 63 (). Модели холеры на животных во многом являются показателями успешности первых двух стадий 64 . Используя модель инфекции на детях мышей, было показано, что V. cholerae , которые выделяются с фекалиями человека из рисового отвара, находятся в гиперинфекционном состоянии, демонстрируя ID 50 10–100 клеток по сравнению с приблизительно 500 клетками для В.cholerae выращены in vitro 65–67 . Гиперинфекционность была также зарегистрирована у Citrobacter rodentium 68 , а гиперинфекционность V. cholerae может быть воспроизведена при прохождении через мышиную модель инфекции 68,69 . Определение и фенотип гиперинфекционности противоречивы из-за сложности выбора наиболее подходящих условий культивирования для роста контрольного штамма.

Жизненный цикл патогенного Vibrio cholerae

Токсигенные штаммы Vibrio cholerae сохраняются в водной среде наряду с нетоксигенными штаммами, чему способствует образование биопленок на биологических поверхностях и использование хитина в качестве источника углерода и азота.При проглатывании этих адаптированных к водной среде бактерий с загрязненной пищей или водой токсигенные штаммы колонизируют тонкую кишку, размножаются, секретируют холерный токсин и выделяются хозяином обратно в окружающую среду при секреторной диарее. Патогены, выделяющиеся со стулом, находятся в преходящем гиперинфекционном состоянии, которое способствует усилению вспышки за счет передачи последующим хозяевам.

Молекулярные механизмы, способствующие гиперинфекционности V. cholerae , являются многофакторными.Исследования с применением микрочипов показали, что глобальный профиль транскрипции гиперинфицированных V. cholerae из рисового отвара отличается от профиля V. cholerae , выращенного in vitro или верхних отделов тонкой кишки V. cholerae , выделенного в рвотных массах 65, 70,71 (). Большинство известных генов вирулентности, в том числе гены холерного токсина и TCP, подавляются в стуле из рисового отвара, но механизм этого подавления остается неизвестным. Еще одним уникальным признаком является подавление генов хемотаксиса, что удивительно, учитывая, что планктонные вибрионы, выделяемые пациентами, жгутиковые и очень подвижные.Было показано, что это подавление хемотаксиса является одним из компонентов гиперинфекционности, поскольку подвижные, но не хемотаксирующие мутанты V. cholerae являются гиперинфекционными 66,72,73 .

Паттерны экспрессии генов Vibrio cholerae на разных стадиях жизненного цикла

При приеме внутрь (нижняя правая панель) Vibrio cholerae использует подвижность и муциназы для проникновения в гель слизи, а N -ацетилглюкозамин-связывающий белок A GbpA) и другие факторы для колонизации эпителия тонкой кишки. Существенные изменения в экспрессии генов сопровождают этот переход от прудовой к острой инфекции, включая, помимо прочего, индукцию vieA, которая кодирует фосфодиэстеразу, гидролизующую циклический ди-GMP вторичного мессенджера, и гены, регулируемые ToxR, в том числе гены холерного токсина и самоагрегативный пилюс, регулируемый токсином (TCP). Кроме того, некоторые гены репрессированы, например, гены хитин-связывающего маннозочувствительного гемагглютинина пилуса (MSHA) и сигма-фактора стресса RpoS.На поздней стадии инфекции (нижняя левая панель) V. cholerae снова изменяет экспрессию своего гена, чтобы отсоединиться от эпителия — «реакция побега» — и подготовиться к передаче другому хозяину (например, бытовое распространение ) или попадание в водную среду. Изменения на поздних стадиях включают индукцию генов синтеза c-di-GMP (дигуанилилциклазы), систем удаления питательных веществ (таких как регулон регуляции поглощения железа (Fur)) и подвижности (Fla), а также репрессию генов, таких как для хемотаксиса (Che) и регулона ToxR. Возникающее в результате «подвижное, но нехемотаксическое» состояние способствует гиперинфекционности. Если бактерии, выделяющиеся со стулом, не попадают в организм другого хозяина в течение короткого периода времени, то их ожидает одна из двух судеб (верхняя панель): закрепление в водной среде путем нахождения подходящих источников питательных веществ, таких как хитин, или распад до «активного организма». но некультурное’ состояние. При воздействии хитина V. cholerae индуцирует несколько генов, участвующих в прикреплении и катаболизме хитина (регулон ChiS), а также генах, участвующих в генетической компетентности (регулон TfoX).Образование биопленок на поверхностях опосредовано индукцией регулона Vps, который кодирует внеклеточный полисахарид. Во время перехода в активное, но не культивируемое состояние происходят большие изменения в экспрессии генов, поскольку V. cholerae пытается адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ. К ним относятся индукция генов фосфатного и азотного голодания (phoB и glnB-1 соответственно) и репрессия генов механизма трансляции.

Транскриптом V. cholerae , пассированного от животных, также уникален и был отмечен двумя недавними исследованиями.Во-первых, существует скоординированная «реакция побега», которая позволяет организму отделиться от ворсинок кишечника, готовясь к выходу из организма хозяина; это регулируется стрессом и сигма-фактором стационарной фазы РНК-полимеразы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не требуются для заражения, но важны для выживания при переходе в водную среду 75 . Эта предварительная индукция генов выживания в окружающей среде на поздних стадиях инфекции может подготовить организм к жесткому селективному давлению в прудовой воде, что способствует передаче 24,65 .В большинстве исследований, описанных выше, бактериальные клетки, составляющие инфекционную дозу, представляли собой планктонные клетки, а не агрегаты. Было проведено одно исследование на добровольцах, в ходе которого добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (т. е. агрегативной и экзополисахарид-продуцирующей); инфекционная доза была аналогична дозе планктонных форм, а морщинистые формы выделялись добровольцами 76 . Кроме того, люди выделяют V. cholerae в виде сложных биопленкоподобных агрегатов 67,77,78 .Идентификатор 50 из V. cholerae выделяется в агрегатах, и роль, которую эти агрегаты играют в передаче, еще предстоит определить.

Инфекционная доза для человека

Инфекционная доза V. cholerae для человека сильно различается в зависимости от бактериального штамма и хозяина. Дозы 10 8 –10 11 клеток требовались для последовательной колонизации здоровых североамериканских добровольцев 7,29,31 . Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 , когда бикарбонатный буфер используется для нейтрализации желудочной кислоты незадолго до инокуляции; этот метод дает уровень инфицирования 90% 7,29,31 . В контексте домохозяйств пища может действовать как кислотный буфер; в исследованиях на добровольцах введение бактерии в составе «блюда» из риса, рыбы, заварного крема и обезжиренного молока дало результаты, сравнимые с результатами, полученными при одновременном введении бактерии и бикарбоната 79 . В эндемичных условиях инфекционная доза неизвестна. Подсчет V. cholerae в образцах домашних хозяйств и объектов окружающей среды исторически сложен, требует быстрого реагирования и использования флуоресцентной микроскопии для подсчета тех бактерий, которые, возможно, стало трудно культивировать 80 .

Клинические наблюдения о том, что буферизация желудочной кислоты снижает инфекционную дозу, позволяют предположить, что бактериальные гены, участвующие в кислотоустойчивости, могут способствовать вирулентности. Мутагенез с сигнатурной меткой (STM) был использован для поиска подмножества генов вирулентности, которые способствуют кислотоустойчивости in vitro 81 . Удаление этих генов аттенуировало V. cholerae в модели инфекции у мышей, подтверждая их роль в вирулентности. Кроме того, воздействие дикого типа V.cholerae к кислоте непосредственно перед инокуляцией мышей давали большое конкурентное преимущество по сравнению с неадаптированными к кислоте бактериями 82 . Эти данные, наряду с другими, демонстрируют, что бактерии, выращенные in vitro , могут стать более заразными при воздействии стресса. Кроме того, эти результаты могут иметь клиническое значение в регионах мира, где преобладает сниженная выработка желудочной кислоты (ахлоргидрия) вследствие инфекции Helicobacter pylori, таких как Бангладеш 7 .

Передача с точки зрения возбудителя

Роль гиперинфекционности в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки остается непроверенной. V. cholerae остается гиперинфекционным в течение по крайней мере 5 часов после попадания от пациентов в водную среду, что свидетельствует о том, что гиперинфекционность играет особую роль в передаче инфекции в местах большого скопления людей, где существует вероятность того, что другой человек вступит в контакт с микроорганизмом. в относительно короткие сроки 65,70 .Одна из моделей передачи холеры предполагает, что вспышка начинается, когда либо уже инфицированный индексный случай мигрирует и заражает новую территорию, либо V. cholerae , потребляемый из природного резервуара окружающей среды, создает новый индексный случай среди местного населения. В обоих сценариях возможно ускорение вспышки в результате быстрого распространения гиперинфекционного V. cholerae от человека к человеку при коротком периоде пребывания в окружающей среде.Модели передачи, допускающие лишь стохастическое попадание V. cholerae из окружающей среды, не позволяют предсказать резкий рост числа случаев заболевания, наблюдаемый в начале вспышек по всему миру, в том числе тех, которые происходят раз в два года в Бангладеш 11 . Однако модели, включающие гиперинфекционность 83 , лучше отражают эти резкие скачки.

Поддержание передачи через водные водоемы

Эндемическая холера встречается в регионах с естественными водными резервуарами токсигенных и нетоксигенных В. cholerae , где бактерии могут сохраняться либо в свободном состоянии, либо в ассоциации с фитопланктоном 84–86 , зоопланктоном 85–88 или биотическим и абиотическим детритом 89,90 . Эти взаимодействия могут быть как полезными, так и антагонистическими 91,92 . Ассоциации, как правило, не случайны. Например, V. cholerae развил механизмы прикрепления, деградации и использования хитина в качестве источника углерода и азота 93–95 ().Для экологических изолятов методы типирования ДНК, основанные на секвенировании гипервариабельных локусов с короткими повторами последовательностей, стали лучше определять взаимосвязь между нетоксигенными и токсигенными V. cholerae . В двух сельских районах, разделенных 80 километрами в дельте реки Ганг, были обнаружены различные штаммы из окружающей среды и клинических условий 96 . Экологические изоляты состояли как из токсигенных, так и из нетоксигенных штаммов O1 El Tor и O139 на фоне нетоксигенных штаммов, представляющих многие серогруппы. Напротив, клинические изоляты были строго токсигенными O1 El Tor и O139, но принадлежали к разным типам штаммов. Эти результаты демонстрируют, что у хозяина токсигенные штаммы имеют избирательное преимущество перед нетоксигенными штаммами из окружающей среды. Соотношение между экологическими и клиническими штаммами может быть другим в других регионах мира и, вероятно, будет варьироваться в зависимости от окружающей среды, санитарии, инфраструктуры и плотности населения.

Селективное давление в водной среде

Некоторые бактериальные патогены, включая V.cholerae , теряют способность к культивированию на стандартных средах после переноса с хозяина или из лаборатории в водную среду 24,97 . Этот фенотип традиционно известен как «жизнеспособное, но некультивируемое» (VBNC) состояние, поскольку клетки сохраняют способность к основным метаболическим процессам, таким как синтез белка, дыхание и поддержание целостности мембран, несмотря на их невозможность культивирования 24 . Альтернативный, более консервативный термин, применяемый к этому состоянию, — «активные, но некультивируемые» (ABNC), поскольку остается неясным, живы ли еще бактерии, утратившие способность к культивированию на стандартных средах 98 .

V. cholerae может быстро превратиться в ABNC при выходе из организма человека и попадании в водную среду. Исследования с V. cholerae , полученными от пациентов и in vitro , подвергнутыми диализу в прудовой воде, продемонстрировали снижение культивируемости на 60% и 90% через 5 часов и 24 часа соответственно 65 . Микроматричный анализ показал, что происходили быстрые и заметные транскрипционные изменения, когда бактерии переходили в состояние ABNC 65 . Эти изменения включали индукцию генов удаления фосфатов и связанного азота, а также подавление генов синтеза белка и энергетического метаболизма, что согласуется с низкими уровнями источников углерода, фосфатов и связанного азота, которые часто встречаются в водной среде. Остается проверить, продлит ли включение твердых частиц, которые были отфильтрованы из воды пруда в вышеупомянутом исследовании, возможность культивирования V. cholerae . Поскольку такое быстрое снижение культивируемости возможно, исследователи задались вопросом, являются ли большинство клеток V. cholerae , заражающих людей из окружающей среды, ABNC или культивируемыми клетками. Одна из гипотез гласит, что если культивируемые клетки более заразны, чем клетки ABNC, то ID 50 , рассчитанный по общему количеству клеток, будет увеличиваться по мере уменьшения процента культивируемых клеток в популяции.Это было подтверждено недавними экспериментами, предполагающими, что основной вклад в инфицирование человека, вероятно, вносят культивируемые клетки V. cholerae 65 . Будущие математические модели передачи V. cholerae должны учитывать возможность снижения скорости культивирования.

V. cholerae литический бактериофаг

Биология виброфагов

Восемьдесят лет назад было высказано предположение, что бактериофаги могут контролировать естественные популяции патогенов 99,100 . Более поздние исследования в области морской микробиологии выявили элегантный баланс между бактериофагами и их добычей цианобактерий 101 . С клинической точки зрения бактериофаги в принципе можно использовать для профилактики или лечения инфекций. Действительно, «фаговая терапия» против холеры и других заболеваний была задокументирована (ВСТАВКА 2). Существует не менее 200 видов бактериофагов, поражающих V. cholerae , известных как виброфаги 102,103 . Нитевидный лизогенный вибриофаг CTXΦ является одним из наиболее охарактеризованных, поскольку он несет гены, кодирующие холерный токсин 22 .Первым секвенированным геномом хвостатого вибриофага был κ139; этот вибриофаг может быть как лизогенным, так и литическим. Основным механизмом, благодаря которому V. cholerae O1 становится устойчивым к κ139 и многим другим виброфагам, является мутация кластера генов rfb , кодирующего ферменты синтеза ЛПС 104 . В отсутствие рецептора антигена LPS O вибриофаг не может связываться с бактериальной клеткой или инфицировать ее. Все мутанты rfb -null V. cholerae O1, которые были протестированы на сегодняшний день, являются аттенуированными 65,67,105 .

Коробка 2 | The Bacteriophage Inquiry

В 1915–1917 годах Twort 114 и d’Hérelle 115 независимо друг от друга открыли бактериофаги. д’Эрелль определил, что бактериальную инфекцию на животных моделях можно ослабить с помощью бактериофагов, и в 1925 году состояние пациентов с бубонной чумой улучшилось после того, как д’Эрелль ввел бактериофаги непосредственно в их бубоны (опухшие лимфатические узлы) 116 . Эти открытия привели к исследованию бактериофагов, которому было поручено изучить терапию бактериофагами холеры в Индии 116 .В их первом терапевтическом испытании 244 нелеченых пациента с холерой сравнивались с 219 пациентами с холерой, которых лечили виброфагами; в нелеченной группе смертность составила 20%, тогда как в обработанной группе — 6,8% (χ 2 , p <0,01). Другие исследования показали аналогичные результаты 5,116,117 . Несмотря на некоторые ограничения, присущие той эпохе, Расследование достигло достаточного успеха, чтобы расширить свои усилия 5 .

За 1928, 1929 и 1934 годы, в общей сложности 36 000, 130 823 и 871 316 доз вибриофагов были подготовлены и распространены персоналом по расследованию во время начала вспышек в конкретных исследуемых сообществах в Индии 116 .Вибриофаги также были распространены в общественных источниках питьевой воды для профилактики. Показатели смертности от холеры сравнивали с контрольными сообществами до и после вмешательств. Трехлетняя смертность от холеры снизилась с 30 до 2 на 10 000 в регионах, которые лечились вибриофагами 117 . Хотя эти исследования имели множество ограничений, они предоставили единственные доступные данные об эффективности терапии вибриофагами. Достижения в области регидратации и антибиотикотерапии в 1930-х и 1940-х годах сделали испытания бактериофагов, основанные на конечных точках смертности, неэтичными и статистически сложными 116,118 .

Вибриофаги в окружающей среде

В 1930-х годах была обнаружена положительная корреляция заболеваемости холерой с выделением виброфагов в водной среде 106 . В наше время было описано отсроченное положительное соответствие между ростом числа случаев холеры и последующим ростом вибриофагов в окружающей среде 107 . Модель, разработанная Jensen et al. предсказывает, что если вспышка будет инициирована увеличением V.cholerae в окружающей среде, плотность вибриофагов впоследствии будет увеличиваться, что в конечном итоге будет способствовать уменьшению вспышки 108 . В Международном центре исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (ICDDRB), увеличение числа случаев холеры было связано с соответствующим, но отсроченным ростом доли больных холерой с вибриофагами в стуле 109 . Вибриофаги, выявленные в этом исследовании, были литическими виброфагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов виброфагов 107 . Титры вибриофагов в стуле из рисовой воды варьировали от 10 2 до 10 8 бляшкообразующих единиц на миллилитр, что согласуется с другими публикациями 65,67 . Несмотря на присутствие литических вибриофагов, все образцы стула были положительными на V. cholerae , а V. cholerae обычно превышали численность вибриофагов по крайней мере на один порядок. Последующие исследования показали, что большинство бактериальных изолятов из стула по-прежнему восприимчивы к виброфагам 65,67 .Пока неясно, почему вибриофаги в кишечнике человека не могут устранить инфекцию V. cholerae , но эта «неудача» может играть важную роль в распространении клональной экспансии фагов во время вспышек 109 .

Передача с точки зрения виброфага

Современные эксперименты начали проверять гипотезу о том, что фаги могут ослаблять бактериальную передачу. Например, анализы подвижности с использованием темнопольной микроскопии использовались для быстрого скрининга стула из рисовой воды на наличие вибриофагов; стул, который был отрицательным в темном поле (не содержал подвижных вибрионов), с большей вероятностью содержал литические вибриофаги и имел низкое количество культивируемых клеток, но сходное общее количество клеток 77 . С помощью этого косвенного измерения для фагов было обнаружено, что по крайней мере половина больных холерой, которые наблюдались в течение 5-летнего периода в ICDDRB, содержали вибриофаги, а домашние контакты больных с положительным индексом вибриофага имели меньшую вероятность заражения. с V. cholerae , чем лица, которые были в контакте с пациентом, который не был фагоположительным 77 . Эти результаты согласуются с выводом о десятикратном снижении инфекционной дозы V.cholerae , когда в стуле хозяина содержатся вибриофаги 67 .

V. cholerae обычно превосходит по численности литических бактериофагов сразу после перехода от хозяина 65 , 67 . В лабораторных экспериментах с использованием испражнений рисовой воды, выделяемых людьми, бактериофаги имеют первоначальный всплеск репликации в течение первых нескольких часов в водной среде и могут достигать отношения бактериофагов к бактериям примерно 1 к 1 к 24 часам 65,67 . Хотя гиперинфекционность может сохраняться в течение нескольких часов после прохождения от хозяина 65,70 , потеря способности к культивированию (обсуждавшаяся выше) и цветение бактериофагов в водной среде, вероятно, в совокупности блокируют передачу 65 . Контрольные эксперименты с in vitro — производными V. cholerae и бактериофагами подтверждают, что бактериофаги могут ограничивать инфекционное бремя 65,67 . Однако бактериофаги никогда не способны полностью блокировать инфекцию, поскольку мутанты V.cholerae , у которых отсутствуют зрелые ЛПС, избегают нападения хищников и колонизируют мышей, хотя и в меньшем количестве. Как уже упоминалось, мутанты ЛПС аттенуированы и могут исчезнуть в естественном жизненном цикле V. cholerae 65,67,105 .

Таким образом, динамическое взаимодействие между бактериофагом и бактерией в прудовой воде предполагает, что модель передачи холеры должна включать меру быстрого снижения культивируемости бактерий и хищничества бактериофагов. В закрытой экспериментальной системе передача В.cholerae можно свести к минимуму, если эти два фактора сочетаются в водной среде. Таким образом, вероятно, преимущество приспособленности V. cholerae заключается в быстром переносе к следующему хозяину, когда культивируемость все еще высока, а концентрация бактериофагов все еще низка. В этом обзоре упоминается несколько моделей, предлагающих различные объяснения возникновения и прекращения вспышек с точки зрения хозяина (клинический спектр и коллективный иммунитет), бактерии (гиперинфекционность) и бактериофага (хищничество).Мы объединили несколько опубликованных моделей в одну рабочую диаграмму, чтобы побудить задуматься о том, как эти факторы могут взаимодействовать в естественной среде (). Лучшее понимание того, как функционирует интегрированная модель, может выявить возможности для вмешательств в области общественного здравоохранения.

Комбинированная модель передачи холеры с точки зрения хозяина и микроорганизмов

Общая популяция (H) питает пул восприимчивых хозяев (S), которые становятся заразными (I) после употребления Vibrio cholerae из окружающей среды источник, с литическими бактериофагами или без них (Ф). Инфицированные люди имеют симптомы (I symp ) или бессимптомные (I асимптомы ) и выздоравливают (R) под действием своей иммунной системы и, возможно, литических бактериофагов, или погибают от инфекции (m). Выздоровевшие люди будут повторно попадать в пул восприимчивых с разной частотой (//) в зависимости от степени защитного иммунитета. Литические фаги и гиперинфекционные V. cholerae (VC Hi ) выделяются хозяином с симптомами в различных концентрациях; бессимптомные хозяева выделяют гораздо меньше бактерий (пунктирная линия).Клетки VC Hi быстро переходят к следующему хозяину, сохраняются в окружающей среде как культивируемые клетки с неизвестной инфекционностью (VC C ) или распадаются до «активного, но не культивируемого» состояния (VC ABNC ) с пониженной инфекционностью. Все три типа клеток плюс совокупные бактерии (не показаны), вероятно, играют смешанную роль в качестве экологических резервуаров для будущих вспышек.

Заключительные замечания

Модель передачи, которая точно прогнозирует масштабы возникающей вспышки, предоставит органам общественного здравоохранения полезную информацию для надлежащего масштабирования их ответных мер.Вмешательства, направленные на жизненно важные этапы передачи инфекции, могут быть эффективными для предотвращения вспышек. Иммунитет хозяина, гиперинфекционность патогенов и фаги — все это факторы, которые можно использовать для борьбы со вспышками. Например, централизованные центры управления отходами часто не работают в условиях нехватки ресурсов. Поскольку пациенты с симптомами выделяют больше V. cholerae , а V. cholerae с рисовым отваром являются гиперинфекционными, вспышки холеры лучше всего остановить в источнике, уменьшив контакт человека со свежевыведенным гиперинфекционным стулом.Другими словами, при сохранении централизованного управления следует поощрять и тестировать децентрализованные усилия по целевому обращению с отходами на единицу домохозяйства. Эта концепция подчеркивает исключительную важность уже проверенных, но простых домашних мер, таких как использование кувшинов с узким горлышком, хлорирование запасенной воды и мытье рук, для профилактики заболеваний 110,111 .

Еще многое предстоит узнать об эффективности вакцины в естественных условиях холеры.Отход от традиционных показателей эффективности вакцин путем учета преимуществ коллективного иммунитета будет продолжать раскрывать истинное влияние как существующих вакцин, так и вакцин, находящихся в разработке. Кроме того, понимание влияния хищничества бактериофагов и того, как вакцины снижают пул чувствительных до такой степени, что передача не может быть сохранена, являются важными областями для будущих исследований. Ответы на многие вопросы, поставленные в этом обзоре, имеют решающее значение для бедных ресурсами стран, таких как Зимбабве, для оптимизации использования ограниченных запасов вакцины и борьбы с пагубными последствиями плохой санитарии.

динамика хозяина, патогена и бактериофага

Abstract

Зимбабве представляет собой самый свежий пример трагедии, которая постигает страну и ее народ, когда поражает холера. Вспышка 2008–2009 гг. быстро распространилась по всем провинциям и привела к уровням смертности, аналогичным тем, которые наблюдались в результате инфекций холеры сто лет назад. В этом обзоре мы освещаем достижения, которые помогут понять, как взаимодействия между хозяином, бактериальным патогеном и литическим бактериофагом могут вызывать и подавлять вспышки холеры в эндемичных условиях и в регионах с зарождающейся эпидемией, таких как Зимбабве.

Диарейные заболевания, включая холеру, являются ведущей причиной заболеваемости и второй по частоте причиной смерти детей в возрасте до 5 лет во всем мире 1,2 . Трудно определить точную заболеваемость и смертность от холеры, поскольку системы эпиднадзора во многих развивающихся странах находятся в зачаточном состоянии, и многие страны не решаются сообщать о случаях холеры в ВОЗ из-за потенциального негативного экономического воздействия болезни на торговлю и туризм. Сегодня истинное бремя холеры оценивается в несколько миллионов случаев в год, преимущественно в Азии и Африке 3 . При оптимальном родоразрешении пероральная регидратационная терапия может снизить уровень летальности с >20% в прошлом 4–6 до <1% 7 . Предстоит проделать большую работу, поскольку в 2007 г. 27 стран сообщили о показателях летальности, превышающих 1% порогового значения (ССЫЛКА 8).

Возбудитель холеры, грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae, является факультативным патогеном, в жизненном цикле которого есть как человеческие, так и экологические стадии 9,10 . V. cholerae дифференцируется серологически на основе О-антигена его липополисахарида (ЛПС) (). Холерный токсин -продуцирующие ( токсигенные ) штаммы O1 и O139 серогрупп вызывают подавляющее большинство заболеваний. Серогруппа О1 подразделяется на два фенотипически различающихся биотипа , Эль-Тор и классический, второй из которых связан с более ранними пандемиями. Оба биотипа можно разделить на два серотипа: Inaba и Ogawa 7 . За последние 20 лет Эль Тор заменил классический биотип 11 ; тем не менее, наследие классического биотипа сохраняется, поскольку появились штаммы El Tor, содержащие классический холерный токсин 12–14 .Серогруппа О139 впервые появилась в 1992 г. в результате мультигенной замены в области, кодирующей О-антиген, исходного штамма O1 El Tor 15 . Хотя серогруппа O139 вызвала разрушительные вспышки в 1990-х годах, штамм El Tor остается доминирующим штаммом во всем мире 11,16,17 .

Филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae

На основании антигенности О-антигенного компонента липополисахарида наружной мембраны более 200 серогрупп (O1–O200) Vibrio cholerae существуют в водной среде.Только подмножество штаммов серогрупп O1 и O139 являются токсигенными (Tox + ) и, следовательно, способны вызывать холеру при проглатывании; такие штаммы отбираются для хозяина. Другие штаммы не являются токсигенными (Tox ) и отбираются против них. Различные типы О-антигена обозначены цветом внешней мембраны и жгутика, покрытого оболочкой (периплазматическое пространство и внутренняя мембрана не показаны). Капсулы присутствуют в подмножестве штаммов. Различные генотипы штаммов обозначены цветом цитоплазмы; обратите внимание, что Tox + O1 и O139 имеют по существу один и тот же генотип, за исключением генов О-антигена.

Патофизиология холеры описана в обширной литературе. Вкратце, патогенные штаммы содержат ключевые факторы вирулентности, в том числе холерный токсин 18 и совместно регулируемые токсином ворсинки (TCP) 19,20 , самосвязывающиеся ворсинки, которые связывают бактериальные клетки вместе 21 , возможно, чтобы противостоять силам сдвига. в тонкой кишке хозяина. Холерный токсин представляет собой секретируемый токсин AB 5 -субъединицы. Пентамер субъединицы B связывает моносиалотетрагексозилганглиозиды на абсорбирующих эпителиальных клетках, вызывая эндоцитоз ферментативной субъединицы A, после чего он АДФ рибозилирует субъединицу G-белка, которая контролирует активность аденилатциклазы. Хотя вирулентность является многофакторной, холерный токсин является ключевым фактором, ответственным за профузную секреторную диарею, возникающую у инфицированных людей. Трансмиссивные элементы, такие как лизогенный бактериофаг , несущий гены холерного токсина 22 , и элемент SXT, несущий гены устойчивости к антибиотикам 23 , продолжат формировать эволюцию V. cholerae .

Биологические факторы и факторы окружающей среды, влияющие на динамику вспышек холеры, продолжают оставаться предметом интенсивных исследований.Было опубликовано несколько обзорных статей, посвященных важности экологических факторов в развитии вспышек холеры 24–26 . В этом обзоре мы сосредоточимся скорее на трех биологических факторах, которые, как считается, играют важную роль в возникновении и формировании вспышек холеры: восприимчивость хозяина, вирулентность V. cholerae и литические бактериофаги. Ниже мы обсудим эту троицу факторов, поскольку они относятся к динамическому характеру вспышек холеры.

Человек-хозяин

Клинический спектр

V.cholerae инфекция

Инфекция V. cholerae вызывает клинический спектр, который варьируется от бессимптомной колонизации до холеры гравис, наиболее тяжелой формы заболевания (). После употребления хозяином зараженной пищи или воды V. cholerae колонизируют тонкую кишку в течение 12–72 часов до появления симптомов. Холера часто начинается с желудочных спазмов и рвоты, за которыми следует диарея, которая может прогрессировать до потери жидкости до 1 литра в час 27 .Эти потери приводят к тяжелому истощению объема жидкости и метаболическому ацидозу, что может привести к циркуляторному коллапсу и смерти 7 . Испражнения рисового отвара обычно содержат от 10 10 до 10 12 вибрионов на литр. Пациенты с симптомами могут выделять вибрионы до начала заболевания 28,29 и будут продолжать выделять микроорганизмы в течение 1-2 недель 30,31 . Бессимптомные пациенты обычно выделяют вибрионы со стулом только в течение 1 дня, примерно 10 3 вибрионов на грамм стула 32 .Следовательно, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

Таблица 1

Таблица 1

Клинический спектр Vibrio Cholerae Инфекция

3 3 6
Символ беймптом тяжелая инфекция
симптомы NORE Diarrehea * рвота и обильное диарея
NOTE NOTE Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого (Гиповофемический шок)
Характеристики стул Нормальный Свободные или водянистые Рис
Вибриос на грамм стула до 10 5 до 10 8 10 7 до 10 9 в стул (и Vomitus)
Лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) или антибиотики и внутривенные жидкости и антибиотики
смертность NOTE NOTE необработанные: до 50%: менее 1%

Количество симптоматических случаев варьирует в зависимости от возраста и эндемического характера заболевания. В эндемичных условиях, таких как дельта реки Ганг, дети с большей вероятностью будут госпитализированы с тяжелым заболеванием 33 . За последние 20 лет перевес тяжелых случаев смещается на детей младшего возраста, с пиком тяжелых случаев в возрасте 2 лет 34 . Напротив, при эпидемических схемах передачи, например, когда V. cholerae внедряется в иммунологически наивную популяцию, все возрастные группы кажутся одинаково восприимчивыми к симптоматической инфекции 16,35–37 .

Бессимптомные случаи также могут способствовать распространению организма, хотя и в гораздо меньшей степени, чем пациенты с симптомами, и могут отражать важный компонент приобретенного иммунитета, который наблюдается в некоторых сообществах. Однако бессимптомные случаи часто трудно документировать. Четырехкратное повышение титра сывороточных вибриоцидных антител является полезной мерой для выявления бессимптомных лиц, которые могут быть инфицированы, но от которых невозможно выделить микроорганизм. Используя положительный посев ректального мазка или реакцию на вибриоцидные антитела для определения инфекции, недавно было обнаружено, что бангладешские дети в возрасте до 5 лет имеют в 2–3 раза больше шансов на появление симптомов, чем дети старше 5 лет 35 . Частота симптомов во всех возрастных группах в этом исследовании составила 57% 35 . Это соответствует показателям симптоматических инфекций, которые были обнаружены в связи с классическими штаммами в более ранней литературе 32,38–40 , но значительно выше показателей, зарегистрированных для инфекций Эль-Тор в 1970-х годах 40 .Таким образом, бессимптомные случаи могут по-прежнему составлять примерно половину всех случаев. Будущие исследования иммунологии бессимптомных пациентов помогут оценить их вклад в защитный иммунитет на популяционном уровне.

Восприимчивость к холере

Генетические и пищевые факторы хозяина влияют на восприимчивость к холере. Антигены группы гистокрови ABH представляют собой набор клеточных и секретируемых гликолипидов и гликопротеинов, которые являются ключевыми детерминантами восприимчивости хозяина к ряду желудочно-кишечных патогенов; они, по-видимому, влияют на специфичность рецепторов клеток-хозяев для связывания патогенов и токсинов. Фенотип О соответствует немодифицированному антигену Н и связан со сниженным риском инфицирования V. cholerae . Однако после инфицирования хозяина фенотип O связан с повышенным риском тяжелых симптомов; механизм этого остается неизвестным. Распространенность фенотипа O варьируется среди человеческих популяций; его низкая распространенность в дельте реки Ганг предполагает наличие отбора против этого фенотипа в эндемичных по холере районах 35,41,42 .В популяциях с высокой распространенностью группы крови O, например, в Латинской Америке, заболевание протекает тяжелее, а потребность в регидратации и госпитализации инфицированных лиц значительно выше 43,44 .

Хотя антиген группы крови H является единственным давно признанным генетическим фактором, связанным с восприимчивостью к холере, другие генетические полиморфизмы, вероятно, были выбраны за или против, учитывая исторически высокие показатели смертности от холеры.Например, недавнее исследование связало тяжелую холеру с вариантом LPLUNC1 (белок 1, ассоциированный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) 45 , консервативного белка врожденного иммунитета. Экспрессия LPLUNC1 повышается в эпителии тонкой кишки во время острой холеры и может влиять на течение инфекции V. cholerae 46 .

Недостаточность питания, определяемая задержкой линейного роста, по-видимому, не является фактором риска для инфекции V. cholerae 35 .Однако дефицит ретинола (витамина А), микроэлемента, который способствует иммунитету слизистых оболочек, является фактором риска, связанным как с инфекцией V. cholerae , так и с развитием симптоматического заболевания 35 . Цинк, еще один микроэлемент, который способствует иммунитету слизистых оболочек, может истощаться во время диарейных заболеваний 47 . Пероральный прием цинка устраняет этот дефицит у детей, что приводит к существенному уменьшению объема стула и времени до прекращения диареи 44 .

Защитный иммунитет

В нескольких исследованиях показано, что клинически очевидная инфекция V. cholerae индуцирует защитный иммунитет против последующей инфекции (ВСТАВКА 1). Инфицирование североамериканских добровольцев классическим биотипом и биотипом Эль-Тор обеспечивало 100% и 90% защиту соответственно от последующего заражения 31,48 . Аналогичным образом, в эндемичных условиях было обнаружено, что более 90% пациентов с тяжелым течением заболевания, вызванным заражением классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем на основе наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации по поводу второго эпизода холеры в что население 33 ; аналогичные результаты были получены в отдельном исследовании 49 .Механизм этого защитного иммунитета к инфекции и болезни V. cholerae неизвестен.

Коробка 1 | Иммунный ответ человека на

Vibrio cholerae

Врожденный ответ

Холера считается прототипом невоспалительной инфекции. Часто отсутствуют грубые изменения слизистой оболочки кишечника или архитектурной целостности тонкой кишки. Однако во время острой холеры наблюдается активация провоспалительных цитокинов (включая интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли), экспрессия различных бактерицидных белков и миграция нейтрофилов в собственную пластинку. Естественная изменчивость врожденного иммунного ответа может влиять на восприимчивость, что подтверждается обнаружением того, что полиморфизм в промоторной области LPLUNC1 гена (белок 1, ассоциированный с карциномой эпителия легких и носа) связан с повышенным риском холеры.

Адаптивный ответ

Каким образом адаптивный иммунный ответ на холеру обеспечивает защиту от последующего заболевания, неизвестно. Поскольку Vibrio cholerae является неинвазивным, было высказано предположение, что кишечный секреторный иммуноглобулин A (sIgA) защищает от колонизации слизистой оболочки.Примерно через 8 дней после начала холеры наблюдается пик циркулирующих V. cholerae антиген-специфических лимфоцитов, которые экспрессируют хемокиновые рецепторы, направляющиеся в кишечник (см. рисунок) 112 . Эти лимфоциты вскоре становятся неопределяемыми в крови, поскольку они возвращаются на слизистую оболочку кишечника, где они приводят к увеличению секреции кишечного sIgA. Реакции сывороточных антител, такие как вибриоцидный ответ антител, также достигают пика через 1–3 недели после заражения. Хотя высокие титры сывороточных вибриоцидных антител и IgA, специфичных к холерному токсину, коррелируют с защитой от инфекции, эти антитела снижаются до исходного уровня через год после заражения, задолго до ослабления защитного иммунитета к холере.Точно так же у добровольцев, инфицированных V. cholerae , уровни sIgA в слизистой оболочке снижаются до исходного уровня в течение нескольких месяцев. Однако, когда добровольцам, у которых больше не обнаруживаются антитела, повторно вводят антигены V. cholerae , они демонстрируют стойкую способность вызывать анамнестический иммунный ответ, развивая пик секреции кишечных антител так быстро, как в течение трех дней. Поэтому возможно, что быстрота анамнестического ответа при повторном контакте, а не предварительно сформированные антитела, может опосредовать защиту от холеры.Это подтверждается недавними данными о том, что холера индуцирует ответ В-клеток памяти, который можно обнаружить в течение как минимум 1 года после заражения холерой 113 .

Было выявлено несколько коррелятов иммунитета. Наиболее хорошо охарактеризованным серологическим маркером иммунитета является титр сывороточных вибриоцидных антител. Это антитело является комплемент-зависимым бактерицидным антителом, титр которого заметно увеличивается после заболевания, но снижается до исходного уровня через 6-9 месяцев 7 . В Бангладеш вибриоцидные антитела обнаруживаются у большинства людей в возрасте 10–15 лет и связаны со сниженным риском заражения.Поскольку V. cholerae является неинвазивным патогеном, эти сывороточные антитела могут не вносить прямого вклада в защиту на уровне слизистой оболочки кишечника, но они могут быть полезны для оценки степени защитного иммунитета на уровне популяции. Антитела иммуноглобулина А, специфичные к ТСР, ЛПС или субъединице В холерного токсина, коррелируют с защитой от последующей инфекции и заболевания 35 .

Полевые испытания вакцины обеспечивают контролируемую оценку устойчивости адаптивного иммунного ответа к V. холера . В крупнейшем контролируемом испытании 62 285 участников в Бангладеш были рандомизированы для получения 3 пероральных доз (с интервалом в 6 недель) комбинации убитых целых клеток (Эль-Тор и классическая) плюс субъединица В холерного токсина (вакцина B-WC), цельноклеточный компонент без субъединицы В (вакцина WC) или убитая кишечная палочка К12 в качестве контроля. Через 3 года наблюдения две вакцины (B-WC и WC) имели 50% и 52% защитную эффективность соответственно 50 . Для детей младше 5 лет эффективность составила 23–26%.Через 6 месяцев наблюдения вакцина B–WC обеспечила защиту на 85% 51 . Ведутся споры о том, демонстрируют ли эти данные эффективность, достаточную для широкомасштабного распространения. В настоящее время предпринимаются усилия по созданию новых вакцин для получения более сильных и устойчивых ответов у реципиентов, а также для снижения производственных затрат с целью преодоления как иммунологических, так и производственных препятствий, которые ограничивают осуществимость современных вакцин против холеры 52–55 .

Роль, которую коллективный иммунитет играет в замедлении передачи холеры, недавно получила признание.Испытания эффективности вакцины рандомизируют отдельных пациентов, чтобы гарантировать, что защитная эффективность отражает только прямое действие вакцины 56 . Это означает, что при лицензировании вакцин не учитывается их польза на уровне населения. Упомянутое выше испытание вакцины B-WC имело охват от 4% до 65% в разных регионах 50,57 . Когда показатели заболеваемости холерой сравнили с показателями охвата вакцинацией в конкретных регионах, было обнаружено, что заболеваемость среди реципиентов плацебо обратно коррелировала с уровнем охвата вакцинацией 57 : там, где охват был высоким, даже те, которые не получающих вакцину, вероятность заболеть холерой по-прежнему на четверть ниже, чем у непривитых людей в районах с низким уровнем охвата.Когда коллективный иммунитет включается в имитационные модели эффективности вакцины, 50-процентный охват вакцинацией B–WC в эндемичных районах приводит к снижению общего числа случаев заболевания на 93 % 58 . В совокупности эти исследования доказывают, что вакцина B–WC может обеспечить достаточную защиту для широкомасштабной вакцинации в эндемичных регионах и что коллективный иммунитет, вероятно, будет играть важную роль в ограничении передачи холеры.

Передача с точки зрения хозяина

Несколько групп разработали математические модели с использованием точек зрения как хозяина, так и патогена, чтобы помочь объяснить и предсказать природу вспышек холеры.Целью большинства этих моделей является точное отражение резких подъемов и спадов заболеваемости холерой, наблюдаемых раз в два года в регионах вокруг Бенгальского залива. Была построена модель, включающая скорость передачи, фактор сезонных колебаний и расчет числа восприимчивых лиц на основе разного защитного иммунитета от перенесенной инфекции 59–61 . Эти идеи были основаны на проверке гипотез о том, что высокое соотношение бессимптомных и симптоматических случаев связано с разрешением вспышки и что короткий период защитного иммунитета (2–12 недель) после заражения делает возможным последующие вспышки, которые наблюдаются в Бангладеш 62 . Результаты показывают, что сочетание многих бессимптомных случаев и кратковременного иммунитета, а не молчащих шедеров , дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. У модели есть ограничения: она предполагает, что соотношение бессимптомных и симптоматических случаев намного выше, чем наблюдалось в последние годы, и она была протестирована с использованием показателей смертности, связанных с клинически определенной холерой в Западной Бенгалии между 1891 и 1940 годами — эпохой до открытия. ротавирусной и энтеротоксигенной E.coli , которые являются искажающими факторами. Несмотря на свои недостатки, эти модели улучшают наше понимание сложной динамики вспышек и показывают, насколько мощной может быть реакция хозяина на ограничение передачи. Новые модели передачи холеры должны по-прежнему включать факторы сезонных колебаний, соотношение бессимптомных и симптоматических случаев и скорости снижения защитного иммунитета.

Возбудитель

Инфекционные дозы на животных моделях

Заражение человека-хозяина представляет собой многостадийный процесс: V. cholerae необходимо принимать внутрь в дозе, достаточной для преодоления врожденной иммунной защиты, затем экспрессировать факторы вирулентности для колонизации тонкого кишечника и, наконец, координировать выход из организма хозяина для облегчения передачи 63 (). Модели холеры на животных во многом являются показателями успешности первых двух стадий 64 . Используя модель инфекции на детях мышей, было показано, что V. cholerae , которые выделяются с фекалиями человека из рисового отвара, находятся в гиперинфекционном состоянии, демонстрируя ID 50 10–100 клеток по сравнению с приблизительно 500 клетками для В.cholerae выращены in vitro 65–67 . Гиперинфекционность также была зарегистрирована у Citrobacter rodentium 68 , а гиперинфекционность V. cholerae может быть воспроизведена при прохождении через мышиную модель инфекции 68,69 . Определение и фенотип гиперинфекционности противоречивы из-за сложности выбора наиболее подходящих условий культивирования для роста контрольного штамма.

Жизненный цикл патогенного Vibrio cholerae

Токсигенные штаммы Vibrio cholerae сохраняются в водной среде наряду с нетоксигенными штаммами, чему способствует образование биопленок на биологических поверхностях и использование хитина в качестве источника углерода и азота.При проглатывании этих адаптированных к водной среде бактерий с загрязненной пищей или водой токсигенные штаммы колонизируют тонкую кишку, размножаются, секретируют холерный токсин и выделяются хозяином обратно в окружающую среду при секреторной диарее. Патогены, выделяющиеся со стулом, находятся в преходящем гиперинфекционном состоянии, которое способствует усилению вспышки за счет передачи последующим хозяевам.

Молекулярные механизмы, способствующие гиперинфекционности V. cholerae , являются многофакторными.Исследования с применением микрочипов показали, что глобальный профиль транскрипции гиперинфицированных V. cholerae из рисового отвара отличается от профиля V. cholerae , выращенного in vitro или верхних отделов тонкой кишки V. cholerae , выделенного в рвотных массах 65, 70,71 (). Большинство известных генов вирулентности, в том числе гены холерного токсина и TCP, подавляются в стуле из рисового отвара, но механизм этого подавления остается неизвестным. Еще одним уникальным признаком является подавление генов хемотаксиса, что удивительно, учитывая, что планктонные вибрионы, выделяемые пациентами, жгутиковые и очень подвижные.Было показано, что это подавление хемотаксиса является одним из компонентов гиперинфекционности, поскольку подвижные, но не хемотаксирующие мутанты V. cholerae являются гиперинфекционными 66,72,73 .

Паттерны экспрессии генов Vibrio cholerae на разных стадиях жизненного цикла

При приеме внутрь (нижняя правая панель) Vibrio cholerae использует подвижность и муциназы для проникновения в гель слизи, а N -ацетилглюкозамин-связывающий белок A GbpA) и другие факторы для колонизации эпителия тонкой кишки. Существенные изменения в экспрессии генов сопровождают этот переход от прудовой к острой инфекции, включая, помимо прочего, индукцию vieA, которая кодирует фосфодиэстеразу, гидролизующую циклический ди-GMP вторичного мессенджера, и гены, регулируемые ToxR, в том числе гены холерного токсина и самоагрегативный пилюс, регулируемый токсином (TCP). Кроме того, некоторые гены репрессированы, например, гены хитин-связывающего маннозочувствительного гемагглютинина пилуса (MSHA) и сигма-фактора стресса RpoS.На поздней стадии инфекции (нижняя левая панель) V. cholerae снова изменяет экспрессию своего гена, чтобы отсоединиться от эпителия — «реакция побега» — и подготовиться к передаче другому хозяину (например, бытовое распространение ) или попадание в водную среду. Изменения на поздних стадиях включают индукцию генов синтеза c-di-GMP (дигуанилилциклазы), систем удаления питательных веществ (таких как регулон регуляции поглощения железа (Fur)) и подвижности (Fla), а также репрессию генов, таких как для хемотаксиса (Che) и регулона ToxR. Возникающее в результате «подвижное, но нехемотаксическое» состояние способствует гиперинфекционности. Если бактерии, выделяющиеся со стулом, не попадают в организм другого хозяина в течение короткого периода времени, то их ожидает одна из двух судеб (верхняя панель): закрепление в водной среде путем нахождения подходящих источников питательных веществ, таких как хитин, или распад до «активного организма». но некультурное’ состояние. При воздействии хитина V. cholerae индуцирует несколько генов, участвующих в прикреплении и катаболизме хитина (регулон ChiS), а также генах, участвующих в генетической компетентности (регулон TfoX).Образование биопленок на поверхностях опосредовано индукцией регулона Vps, который кодирует внеклеточный полисахарид. Во время перехода в активное, но не культивируемое состояние происходят большие изменения в экспрессии генов, поскольку V. cholerae пытается адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ. К ним относятся индукция генов фосфатного и азотного голодания (phoB и glnB-1 соответственно) и репрессия генов механизма трансляции.

Транскриптом V. cholerae , пассированного от животных, также уникален и был отмечен двумя недавними исследованиями.Во-первых, существует скоординированная «реакция побега», которая позволяет организму отделиться от ворсинок кишечника, готовясь к выходу из организма хозяина; это регулируется стрессом и сигма-фактором стационарной фазы РНК-полимеразы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не требуются для заражения, но важны для выживания при переходе в водную среду 75 . Эта предварительная индукция генов выживания в окружающей среде на поздних стадиях инфекции может подготовить организм к жесткому селективному давлению в прудовой воде, что способствует передаче 24,65 .В большинстве исследований, описанных выше, бактериальные клетки, составляющие инфекционную дозу, представляли собой планктонные клетки, а не агрегаты. Было проведено одно исследование на добровольцах, в ходе которого добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (т. е. агрегативной и экзополисахарид-продуцирующей); инфекционная доза была аналогична дозе планктонных форм, а морщинистые формы выделялись добровольцами 76 . Кроме того, люди выделяют V. cholerae в виде сложных биопленкоподобных агрегатов 67,77,78 .Идентификатор 50 из V. cholerae выделяется в агрегатах, и роль, которую эти агрегаты играют в передаче, еще предстоит определить.

Инфекционная доза для человека

Инфекционная доза V. cholerae для человека сильно различается в зависимости от бактериального штамма и хозяина. Дозы 10 8 –10 11 клеток требовались для последовательной колонизации здоровых североамериканских добровольцев 7,29,31 . Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 , когда бикарбонатный буфер используется для нейтрализации желудочной кислоты незадолго до инокуляции; этот метод дает уровень инфицирования 90% 7,29,31 . В контексте домохозяйств пища может действовать как кислотный буфер; в исследованиях на добровольцах введение бактерии в составе «блюда» из риса, рыбы, заварного крема и обезжиренного молока дало результаты, сравнимые с результатами, полученными при одновременном введении бактерии и бикарбоната 79 . В эндемичных условиях инфекционная доза неизвестна. Подсчет V. cholerae в образцах домашних хозяйств и объектов окружающей среды исторически сложен, требует быстрого реагирования и использования флуоресцентной микроскопии для подсчета тех бактерий, которые, возможно, стало трудно культивировать 80 .

Клинические наблюдения о том, что буферизация желудочной кислоты снижает инфекционную дозу, позволяют предположить, что бактериальные гены, участвующие в кислотоустойчивости, могут способствовать вирулентности. Мутагенез с сигнатурной меткой (STM) был использован для поиска подмножества генов вирулентности, которые способствуют кислотоустойчивости in vitro 81 . Удаление этих генов аттенуировало V. cholerae в модели инфекции у мышей, подтверждая их роль в вирулентности. Кроме того, воздействие дикого типа V.cholerae к кислоте непосредственно перед инокуляцией мышей давали большое конкурентное преимущество по сравнению с неадаптированными к кислоте бактериями 82 . Эти данные, наряду с другими, демонстрируют, что бактерии, выращенные in vitro , могут стать более заразными при воздействии стресса. Кроме того, эти результаты могут иметь клиническое значение в регионах мира, где преобладает сниженная выработка желудочной кислоты (ахлоргидрия) вследствие инфекции Helicobacter pylori, таких как Бангладеш 7 .

Передача с точки зрения возбудителя

Роль гиперинфекционности в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки остается непроверенной. V. cholerae остается гиперинфекционным в течение по крайней мере 5 часов после попадания от пациентов в водную среду, что свидетельствует о том, что гиперинфекционность играет особую роль в передаче инфекции в местах большого скопления людей, где существует вероятность того, что другой человек вступит в контакт с микроорганизмом. в относительно короткие сроки 65,70 .Одна из моделей передачи холеры предполагает, что вспышка начинается, когда либо уже инфицированный индексный случай мигрирует и заражает новую территорию, либо V. cholerae , потребляемый из природного резервуара окружающей среды, создает новый индексный случай среди местного населения. В обоих сценариях возможно ускорение вспышки в результате быстрого распространения гиперинфекционного V. cholerae от человека к человеку при коротком периоде пребывания в окружающей среде.Модели передачи, допускающие лишь стохастическое попадание V. cholerae из окружающей среды, не позволяют предсказать резкий рост числа случаев заболевания, наблюдаемый в начале вспышек по всему миру, в том числе тех, которые происходят раз в два года в Бангладеш 11 . Однако модели, включающие гиперинфекционность 83 , лучше отражают этот резкий рост.

Поддержание передачи через водные водоемы

Эндемическая холера встречается в регионах с естественными водными резервуарами токсигенных и нетоксигенных В. cholerae , где бактерии могут сохраняться либо в свободном состоянии, либо в ассоциации с фитопланктоном 84–86 , зоопланктоном 85–88 или биотическим и абиотическим детритом 89,90 . Эти взаимодействия могут быть как полезными, так и антагонистическими 91,92 . Ассоциации, как правило, не случайны. Например, V. cholerae развил механизмы прикрепления, деградации и использования хитина в качестве источника углерода и азота 93–95 ().Для экологических изолятов методы типирования ДНК, основанные на секвенировании гипервариабельных локусов с короткими повторами последовательностей, стали лучше определять взаимосвязь между нетоксигенными и токсигенными V. cholerae . В двух сельских районах, разделенных 80 километрами в дельте реки Ганг, были обнаружены различные штаммы из окружающей среды и клинических условий 96 . Экологические изоляты состояли как из токсигенных, так и из нетоксигенных штаммов O1 El Tor и O139 на фоне нетоксигенных штаммов, представляющих многие серогруппы. Напротив, клинические изоляты были строго токсигенными O1 El Tor и O139, но принадлежали к разным типам штаммов. Эти результаты демонстрируют, что у хозяина токсигенные штаммы имеют избирательное преимущество перед нетоксигенными штаммами из окружающей среды. Соотношение между экологическими и клиническими штаммами может быть иным в других регионах мира и, вероятно, будет варьироваться в зависимости от окружающей среды, санитарии, инфраструктуры и плотности населения.

Селективное давление в водной среде

Некоторые бактериальные патогены, включая V.cholerae , теряют способность к культивированию на стандартных средах после переноса с хозяина или из лаборатории в водную среду 24,97 . Этот фенотип традиционно известен как «жизнеспособное, но некультивируемое» (VBNC) состояние, поскольку клетки сохраняют способность к основным метаболическим процессам, таким как синтез белка, дыхание и поддержание целостности мембран, несмотря на их невозможность культивирования 24 . Альтернативный, более консервативный термин, применяемый к этому состоянию, — «активные, но некультивируемые» (ABNC), поскольку остается неясным, живы ли еще бактерии, утратившие способность к культивированию на стандартных средах 98 .

V. cholerae может быстро стать ABNC при выходе из организма человека и попадании в водную среду. Исследования с V. cholerae , полученными от пациентов и in vitro , подвергнутыми диализу в прудовой воде, продемонстрировали снижение культивируемости на 60% и 90% через 5 часов и 24 часа соответственно 65 . Микроматричный анализ показал, что происходили быстрые и заметные транскрипционные изменения, когда бактерии переходили в состояние ABNC 65 . Эти изменения включали индукцию генов удаления фосфатов и связанного азота, а также подавление генов синтеза белка и энергетического метаболизма, что согласуется с низкими уровнями источников углерода, фосфатов и связанного азота, которые часто встречаются в водной среде. Остается проверить, продлит ли включение твердых частиц, которые были отфильтрованы из воды пруда в вышеупомянутом исследовании, возможность культивирования V. cholerae . Поскольку такое быстрое снижение культивируемости возможно, исследователи задались вопросом, являются ли большинство клеток V. cholerae , заражающих людей из окружающей среды, ABNC или культивируемыми клетками. Одна из гипотез гласит, что если культивируемые клетки более заразны, чем клетки ABNC, то ID 50 , рассчитанный по общему количеству клеток, будет увеличиваться по мере уменьшения процента культивируемых клеток в популяции.Это было подтверждено недавними экспериментами, предполагающими, что основной вклад в инфицирование человека, вероятно, вносят культивируемые клетки V. cholerae 65 . Будущие математические модели передачи V. cholerae должны учитывать возможность снижения скорости культивирования.

V. cholerae литический бактериофаг

Биология виброфагов

Восемьдесят лет назад было высказано предположение, что бактериофаги могут контролировать естественные популяции патогенов 99,100 . Более поздние исследования в области морской микробиологии выявили элегантный баланс между бактериофагами и их добычей цианобактерий 101 . С клинической точки зрения бактериофаги в принципе можно использовать для профилактики или лечения инфекций. Действительно, «фаговая терапия» против холеры и других заболеваний была задокументирована (ВСТАВКА 2). Существует не менее 200 видов бактериофагов, поражающих V. cholerae , известных как виброфаги 102,103 . Нитевидный лизогенный вибриофаг CTXΦ является одним из наиболее охарактеризованных, поскольку он несет гены, кодирующие холерный токсин 22 .Первым секвенированным геномом хвостатого вибриофага был κ139; этот вибриофаг может быть как лизогенным, так и литическим. Основным механизмом, благодаря которому V. cholerae O1 становится устойчивым к κ139 и многим другим виброфагам, является мутация кластера генов rfb , кодирующего ферменты синтеза ЛПС 104 . В отсутствие рецептора антигена LPS O вибриофаг не может связываться с бактериальной клеткой или инфицировать ее. Все мутанты rfb -null V. cholerae O1, которые были протестированы на сегодняшний день, являются аттенуированными 65,67,105 .

Коробка 2 | The Bacteriophage Inquiry

В 1915–1917 годах Twort 114 и d’Hérelle 115 независимо друг от друга открыли бактериофаги. д’Эрелль определил, что бактериальную инфекцию на животных моделях можно ослабить с помощью бактериофагов, и в 1925 году состояние пациентов с бубонной чумой улучшилось после того, как д’Эрелль ввел бактериофаги непосредственно в их бубоны (опухшие лимфатические узлы) 116 . Эти открытия привели к исследованию бактериофагов, которому было поручено изучить терапию бактериофагами холеры в Индии 116 .В их первом терапевтическом испытании 244 нелеченых пациента с холерой сравнивались с 219 пациентами с холерой, которых лечили виброфагами; в нелеченной группе смертность составила 20%, тогда как в обработанной группе — 6,8% (χ 2 , p <0,01). Другие исследования показали аналогичные результаты 5,116,117 . Несмотря на некоторые ограничения, присущие той эпохе, Расследование достигло достаточного успеха, чтобы расширить свои усилия 5 .

За 1928, 1929 и 1934 годы, в общей сложности 36 000, 130 823 и 871 316 доз вибриофагов были подготовлены и распространены персоналом по расследованию во время начала вспышек в конкретных исследуемых сообществах в Индии 116 .Вибриофаги также были распространены в общественных источниках питьевой воды для профилактики. Показатели смертности от холеры сравнивали с контрольными сообществами до и после вмешательств. Трехлетняя смертность от холеры снизилась с 30 до 2 на 10 000 в регионах, которые лечились виброфагами 117 . Хотя эти исследования имели множество ограничений, они предоставили единственные доступные данные об эффективности терапии вибриофагами. Достижения в области регидратации и антибиотикотерапии в 1930-х и 1940-х годах сделали испытания бактериофагов, основанные на конечных точках смертности, неэтичными и статистически сложными 116,118 .

Вибриофаги в окружающей среде

В 1930-х годах было обнаружено, что заболеваемость холерой положительно коррелирует с изоляцией вибриофагов в водной среде 106 . В наше время было описано отсроченное положительное соответствие между ростом числа случаев холеры и последующим ростом вибриофагов в окружающей среде 107 . Модель, разработанная Jensen et al. предсказывает, что если вспышка будет инициирована увеличением V.cholerae в окружающей среде, плотность вибриофагов впоследствии будет увеличиваться, что в конечном итоге будет способствовать уменьшению вспышки 108 . В Международном центре исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (ICDDRB), увеличение числа случаев холеры было связано с соответствующим, но отсроченным ростом доли больных холерой с вибриофагами в стуле 109 . Вибриофаги, выявленные в этом исследовании, были литическими виброфагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов виброфагов 107 . Титры вибриофагов в стуле из рисовой воды варьировали от 10 2 до 10 8 бляшкообразующих единиц на миллилитр, что согласуется с другими публикациями 65,67 . Несмотря на присутствие литических вибриофагов, все образцы стула были положительными на V. cholerae , а V. cholerae обычно превышали численность вибриофагов по крайней мере на один порядок. Последующие исследования показали, что большинство бактериальных изолятов из стула по-прежнему восприимчивы к виброфагам 65,67 .Пока неясно, почему вибриофаги в кишечнике человека не могут устранить инфекцию V. cholerae , но эта «неудача» может играть важную роль в распространении клональной экспансии фагов во время вспышек 109 .

Передача с точки зрения виброфага

Современные эксперименты начали проверять гипотезу о том, что фаги могут ослаблять бактериальную передачу. Например, анализы подвижности с использованием темнопольной микроскопии использовались для быстрого скрининга стула из рисовой воды на наличие вибриофагов; стул, который был отрицательным в темном поле (не содержал подвижных вибрионов), с большей вероятностью содержал литические вибриофаги и имел низкое количество культивируемых клеток, но сходное общее количество клеток 77 . С помощью этого косвенного измерения для фагов было обнаружено, что по крайней мере половина больных холерой, которые наблюдались в течение 5-летнего периода в ICDDRB, содержали вибриофаги, а домашние контакты больных с положительным индексом вибриофага имели меньшую вероятность заражения. с V. cholerae , чем лица, которые были в контакте с пациентом, который не был фагоположительным 77 . Эти результаты согласуются с выводом о десятикратном снижении инфекционной дозы V.cholerae , когда в стуле хозяина содержатся вибриофаги 67 .

V. cholerae обычно превосходит по численности литических бактериофагов сразу после прохождения от хозяина 65 , 67 . В лабораторных экспериментах с использованием испражнений рисовой воды, выделяемых людьми, бактериофаги имеют первоначальный всплеск репликации в течение первых нескольких часов в водной среде и могут достигать отношения бактериофагов к бактериям примерно 1 к 1 к 24 часам 65,67 . Хотя гиперинфекционность может сохраняться в течение нескольких часов после прохождения от хозяина 65,70 , потеря способности к культивированию (обсуждавшаяся выше) и цветение бактериофагов в водной среде, вероятно, в совокупности блокируют передачу 65 . Контрольные эксперименты с in vitro — производными V. cholerae и бактериофагами подтверждают, что бактериофаги могут ограничивать инфекционное бремя 65,67 . Однако бактериофаги никогда не способны полностью блокировать инфекцию, поскольку мутанты V.cholerae , у которых отсутствует зрелый ЛПС, избегает нападения хищников и колонизирует мышей, хотя и в меньшем количестве. Как уже упоминалось, мутанты ЛПС аттенуированы и могут исчезнуть в естественном жизненном цикле V. cholerae 65,67,105 .

Таким образом, динамическое взаимодействие между бактериофагом и бактерией в прудовой воде предполагает, что модель передачи холеры должна включать меру быстрого снижения культивируемости бактерий и хищничества бактериофагов. В закрытой экспериментальной системе передача В.cholerae можно свести к минимуму, если эти два фактора сочетаются в водной среде. Таким образом, вероятно, преимущество приспособленности V. cholerae заключается в быстром переносе к следующему хозяину, когда культивируемость все еще высока, а концентрация бактериофагов все еще низка. В этом обзоре упоминается несколько моделей, предлагающих различные объяснения возникновения и прекращения вспышек с точки зрения хозяина (клинический спектр и коллективный иммунитет), бактерии (гиперинфекционность) и бактериофага (хищничество).Мы объединили несколько опубликованных моделей в одну рабочую диаграмму, чтобы побудить задуматься о том, как эти факторы могут взаимодействовать в естественной среде (). Лучшее понимание того, как функционирует интегрированная модель, может выявить возможности для вмешательств в области общественного здравоохранения.

Комбинированная модель передачи холеры с точки зрения хозяина и микроорганизмов

Общая популяция (H) питает пул восприимчивых хозяев (S), которые становятся заразными (I) после употребления Vibrio cholerae из окружающей среды источник, с литическими бактериофагами или без них (Ф).Инфицированные люди имеют симптомы (I symp ) или бессимптомные (I асимптомы ) и выздоравливают (R) под действием своей иммунной системы и, возможно, литических бактериофагов, или погибают от инфекции (m). Выздоровевшие люди будут повторно попадать в пул восприимчивых с разной частотой (//) в зависимости от степени защитного иммунитета. Литические фаги и гиперинфекционные V. cholerae (VC Hi ) выделяются хозяином с симптомами в различных концентрациях; бессимптомные хозяева выделяют гораздо меньше бактерий (пунктирная линия).Клетки VC Hi быстро переходят к следующему хозяину, сохраняются в окружающей среде как культивируемые клетки с неизвестной инфекционностью (VC C ) или распадаются до «активного, но не культивируемого» состояния (VC ABNC ) с пониженной инфекционностью. Все три типа клеток плюс совокупные бактерии (не показаны), вероятно, играют смешанную роль в качестве экологических резервуаров для будущих вспышек.

Заключительные замечания

Модель передачи, которая точно прогнозирует масштабы возникающей вспышки, предоставит органам общественного здравоохранения полезную информацию для надлежащего масштабирования их ответных мер.Вмешательства, направленные на жизненно важные этапы передачи инфекции, могут быть эффективными для предотвращения вспышек. Иммунитет хозяина, гиперинфекционность патогенов и фаги — все это факторы, которые можно использовать для борьбы со вспышками. Например, централизованные центры управления отходами часто не работают в условиях нехватки ресурсов. Поскольку пациенты с симптомами выделяют больше V. cholerae , а V. cholerae с рисовым отваром являются гиперинфекционными, вспышки холеры лучше всего остановить в источнике, уменьшив контакт человека со свежевыведенным гиперинфекционным стулом.Другими словами, при сохранении централизованного управления следует поощрять и тестировать децентрализованные усилия по целевому обращению с отходами на единицу домохозяйства. Эта концепция подчеркивает исключительную важность уже проверенных, но простых домашних мер, таких как использование кувшинов с узким горлышком, хлорирование запасенной воды и мытье рук, для профилактики заболеваний 110,111 .

Еще многое предстоит узнать об эффективности вакцины в естественных условиях холеры.Отход от традиционных показателей эффективности вакцин путем учета преимуществ коллективного иммунитета будет продолжать раскрывать истинное влияние как существующих вакцин, так и вакцин, находящихся в разработке. Кроме того, понимание влияния хищничества бактериофагов и того, как вакцины снижают пул чувствительных до такой степени, что передача не может быть сохранена, являются важными областями для будущих исследований. Ответы на многие вопросы, поставленные в этом обзоре, имеют решающее значение для бедных ресурсами стран, таких как Зимбабве, для оптимизации использования ограниченных запасов вакцины и борьбы с пагубными последствиями плохой санитарии.

динамика хозяина, патогена и бактериофага

Abstract

Зимбабве представляет собой самый свежий пример трагедии, которая постигает страну и ее народ, когда поражает холера. Вспышка 2008–2009 гг. быстро распространилась по всем провинциям и привела к уровням смертности, аналогичным тем, которые наблюдались в результате инфекций холеры сто лет назад. В этом обзоре мы освещаем достижения, которые помогут понять, как взаимодействия между хозяином, бактериальным патогеном и литическим бактериофагом могут вызывать и подавлять вспышки холеры в эндемичных условиях и в регионах с зарождающейся эпидемией, таких как Зимбабве.

Диарейные заболевания, включая холеру, являются ведущей причиной заболеваемости и второй по частоте причиной смерти детей в возрасте до 5 лет во всем мире 1,2 . Трудно определить точную заболеваемость и смертность от холеры, поскольку системы эпиднадзора во многих развивающихся странах находятся в зачаточном состоянии, и многие страны не решаются сообщать о случаях холеры в ВОЗ из-за потенциального негативного экономического воздействия болезни на торговлю и туризм. Сегодня истинное бремя холеры оценивается в несколько миллионов случаев в год, преимущественно в Азии и Африке 3 .При оптимальном родоразрешении пероральная регидратационная терапия может снизить уровень летальности с >20% в прошлом 4–6 до <1% 7 . Предстоит проделать большую работу, поскольку в 2007 г. 27 стран сообщили о показателях летальности, превышающих 1% порогового значения (ССЫЛКА 8).

Возбудитель холеры, грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae, является факультативным патогеном, в жизненном цикле которого есть как человеческие, так и экологические стадии 9,10 . V. cholerae дифференцируется серологически на основе О-антигена его липополисахарида (ЛПС) (). Холерный токсин -продуцирующие ( токсигенные ) штаммы O1 и O139 серогрупп вызывают подавляющее большинство заболеваний. Серогруппа О1 подразделяется на два фенотипически различающихся биотипа , Эль-Тор и классический, второй из которых связан с более ранними пандемиями. Оба биотипа можно разделить на два серотипа: Inaba и Ogawa 7 . За последние 20 лет Эль Тор заменил классический биотип 11 ; тем не менее, наследие классического биотипа сохраняется, поскольку появились штаммы El Tor, содержащие классический холерный токсин 12–14 .Серогруппа О139 впервые появилась в 1992 г. в результате мультигенной замены в области, кодирующей О-антиген, исходного штамма O1 El Tor 15 . Хотя серогруппа O139 вызвала разрушительные вспышки в 1990-х годах, штамм El Tor остается доминирующим штаммом во всем мире 11,16,17 .

Филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae

На основании антигенности О-антигенного компонента липополисахарида наружной мембраны более 200 серогрупп (O1–O200) Vibrio cholerae существуют в водной среде.Только подмножество штаммов серогрупп O1 и O139 являются токсигенными (Tox + ) и, следовательно, способны вызывать холеру при проглатывании; такие штаммы отбираются для хозяина. Другие штаммы не являются токсигенными (Tox ) и отбираются против них. Различные типы О-антигена обозначены цветом внешней мембраны и жгутика, покрытого оболочкой (периплазматическое пространство и внутренняя мембрана не показаны). Капсулы присутствуют в подмножестве штаммов. Различные генотипы штаммов обозначены цветом цитоплазмы; обратите внимание, что Tox + O1 и O139 имеют по существу один и тот же генотип, за исключением генов О-антигена.

Патофизиология холеры описана в обширной литературе. Вкратце, патогенные штаммы содержат ключевые факторы вирулентности, в том числе холерный токсин 18 и совместно регулируемые токсином ворсинки (TCP) 19,20 , самосвязывающиеся ворсинки, которые связывают бактериальные клетки вместе 21 , возможно, чтобы противостоять силам сдвига. в тонкой кишке хозяина. Холерный токсин представляет собой секретируемый токсин AB 5 -субъединицы. Пентамер субъединицы B связывает моносиалотетрагексозилганглиозиды на абсорбирующих эпителиальных клетках, вызывая эндоцитоз ферментативной субъединицы A, после чего он АДФ рибозилирует субъединицу G-белка, которая контролирует активность аденилатциклазы.Хотя вирулентность является многофакторной, холерный токсин является ключевым фактором, ответственным за профузную секреторную диарею, возникающую у инфицированных людей. Трансмиссивные элементы, такие как лизогенный бактериофаг , несущий гены холерного токсина 22 , и элемент SXT, несущий гены устойчивости к антибиотикам 23 , продолжат формировать эволюцию V. cholerae .

Биологические факторы и факторы окружающей среды, влияющие на динамику вспышек холеры, продолжают оставаться предметом интенсивных исследований.Было опубликовано несколько обзорных статей, посвященных важности экологических факторов в развитии вспышек холеры 24–26 . В этом обзоре мы сосредоточимся скорее на трех биологических факторах, которые, как считается, играют важную роль в возникновении и формировании вспышек холеры: восприимчивость хозяина, вирулентность V. cholerae и литические бактериофаги. Ниже мы обсудим эту троицу факторов, поскольку они относятся к динамическому характеру вспышек холеры.

Человек-хозяин

Клинический спектр

V.cholerae инфекция

Инфекция V. cholerae вызывает клинический спектр, который варьируется от бессимптомной колонизации до холеры гравис, наиболее тяжелой формы заболевания (). После употребления хозяином зараженной пищи или воды V. cholerae колонизируют тонкую кишку в течение 12–72 часов до появления симптомов. Холера часто начинается с желудочных спазмов и рвоты, за которыми следует диарея, которая может прогрессировать до потери жидкости до 1 литра в час 27 .Эти потери приводят к тяжелому истощению объема жидкости и метаболическому ацидозу, что может привести к циркуляторному коллапсу и смерти 7 . Испражнения рисового отвара обычно содержат от 10 10 до 10 12 вибрионов на литр. Пациенты с симптомами могут выделять вибрионы до начала заболевания 28,29 и будут продолжать выделять микроорганизмы в течение 1-2 недель 30,31 . Бессимптомные пациенты обычно выделяют вибрионы со стулом только в течение 1 дня, примерно 10 3 вибрионов на грамм стула 32 .Следовательно, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

Таблица 1

Таблица 1

Клинический спектр Vibrio Cholerae Инфекция

3 3 6
Символ беймптом тяжелая инфекция
симптомы NORE Diarrehea * рвота и обильное диарея
NOTE NOTE Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого (Гиповофемический шок)
Характеристики стул Нормальный Свободные или водянистые Рис
Вибриос на грамм стула до 10 5 до 10 8 10 7 до 10 9 в стул (и Vomitus)
Лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) или антибиотики и внутривенные жидкости и антибиотики
смертность NOTE NOTE необработанные: до 50%: менее 1%

Количество симптоматических случаев варьирует в зависимости от возраста и эндемического характера заболевания.В эндемичных условиях, таких как дельта реки Ганг, дети с большей вероятностью будут госпитализированы с тяжелым заболеванием 33 . За последние 20 лет перевес тяжелых случаев смещается на детей младшего возраста, с пиком тяжелых случаев в возрасте 2 лет 34 . Напротив, при эпидемических схемах передачи, например, когда V. cholerae внедряется в иммунологически наивную популяцию, все возрастные группы кажутся одинаково восприимчивыми к симптоматической инфекции 16,35–37 .

Бессимптомные случаи также могут способствовать распространению организма, хотя и в гораздо меньшей степени, чем пациенты с симптомами, и могут отражать важный компонент приобретенного иммунитета, который наблюдается в некоторых сообществах. Однако бессимптомные случаи часто трудно документировать. Четырехкратное повышение титра сывороточных вибриоцидных антител является полезной мерой для выявления бессимптомных лиц, которые могут быть инфицированы, но от которых невозможно выделить микроорганизм.Используя положительный посев ректального мазка или реакцию на вибриоцидные антитела для определения инфекции, недавно было обнаружено, что бангладешские дети в возрасте до 5 лет имеют в 2–3 раза больше шансов на появление симптомов, чем дети старше 5 лет 35 . Частота симптомов во всех возрастных группах в этом исследовании составила 57% 35 . Это соответствует показателям симптоматических инфекций, которые были обнаружены в связи с классическими штаммами в более ранней литературе 32,38–40 , но значительно выше показателей, зарегистрированных для инфекций Эль-Тор в 1970-х годах 40 .Таким образом, бессимптомные случаи могут по-прежнему составлять примерно половину всех случаев. Будущие исследования иммунологии бессимптомных пациентов помогут оценить их вклад в защитный иммунитет на популяционном уровне.

Восприимчивость к холере

Генетические и пищевые факторы хозяина влияют на восприимчивость к холере. Антигены группы гистокрови ABH представляют собой набор клеточных и секретируемых гликолипидов и гликопротеинов, которые являются ключевыми детерминантами восприимчивости хозяина к ряду желудочно-кишечных патогенов; они, по-видимому, влияют на специфичность рецепторов клеток-хозяев для связывания патогенов и токсинов.Фенотип О соответствует немодифицированному антигену Н и связан со сниженным риском инфицирования V. cholerae . Однако после инфицирования хозяина фенотип O связан с повышенным риском тяжелых симптомов; механизм этого остается неизвестным. Распространенность фенотипа O варьируется среди человеческих популяций; его низкая распространенность в дельте реки Ганг предполагает наличие отбора против этого фенотипа в эндемичных по холере районах 35,41,42 .В популяциях с высокой распространенностью группы крови O, например, в Латинской Америке, заболевание протекает тяжелее, а потребность в регидратации и госпитализации инфицированных лиц значительно выше 43,44 .

Хотя антиген группы крови H является единственным давно признанным генетическим фактором, связанным с восприимчивостью к холере, другие генетические полиморфизмы, вероятно, были выбраны за или против, учитывая исторически высокие показатели смертности от холеры.Например, недавнее исследование связало тяжелую холеру с вариантом LPLUNC1 (белок 1, ассоциированный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) 45 , консервативного белка врожденного иммунитета. Экспрессия LPLUNC1 повышается в эпителии тонкой кишки во время острой холеры и может влиять на течение инфекции V. cholerae 46 .

Недостаточность питания, определяемая задержкой линейного роста, по-видимому, не является фактором риска для инфекции V. cholerae 35 .Однако дефицит ретинола (витамина А), микроэлемента, который способствует иммунитету слизистых оболочек, является фактором риска, связанным как с инфекцией V. cholerae , так и с развитием симптоматического заболевания 35 . Цинк, еще один микроэлемент, который способствует иммунитету слизистых оболочек, может истощаться во время диарейных заболеваний 47 . Пероральный прием цинка устраняет этот дефицит у детей, что приводит к существенному уменьшению объема стула и времени до прекращения диареи 44 .

Защитный иммунитет

В нескольких исследованиях показано, что клинически очевидная инфекция V. cholerae индуцирует защитный иммунитет против последующей инфекции (ВСТАВКА 1). Инфицирование североамериканских добровольцев классическим биотипом и биотипом Эль-Тор обеспечивало 100% и 90% защиту соответственно от последующего заражения 31,48 . Аналогичным образом, в эндемичных условиях было обнаружено, что более 90% пациентов с тяжелым течением заболевания, вызванным заражением классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем на основе наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации по поводу второго эпизода холеры в что население 33 ; аналогичные результаты были получены в отдельном исследовании 49 .Механизм этого защитного иммунитета к инфекции и болезни V. cholerae неизвестен.

Коробка 1 | Иммунный ответ человека на

Vibrio cholerae

Врожденный ответ

Холера считается прототипом невоспалительной инфекции. Часто отсутствуют грубые изменения слизистой оболочки кишечника или архитектурной целостности тонкой кишки. Однако во время острой холеры наблюдается активация провоспалительных цитокинов (включая интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли), экспрессия различных бактерицидных белков и миграция нейтрофилов в собственную пластинку.Естественная изменчивость врожденного иммунного ответа может влиять на восприимчивость, что подтверждается обнаружением того, что полиморфизм в промоторной области LPLUNC1 гена (белок 1, ассоциированный с карциномой эпителия легких и носа) связан с повышенным риском холеры.

Адаптивный ответ

Каким образом адаптивный иммунный ответ на холеру обеспечивает защиту от последующего заболевания, неизвестно. Поскольку Vibrio cholerae является неинвазивным, было высказано предположение, что кишечный секреторный иммуноглобулин A (sIgA) защищает от колонизации слизистой оболочки.Примерно через 8 дней после начала холеры наблюдается пик циркулирующих V. cholerae антиген-специфических лимфоцитов, которые экспрессируют хемокиновые рецепторы, направляющиеся в кишечник (см. рисунок) 112 . Эти лимфоциты вскоре становятся неопределяемыми в крови, поскольку они возвращаются на слизистую оболочку кишечника, где они приводят к увеличению секреции кишечного sIgA. Реакции сывороточных антител, такие как вибриоцидный ответ антител, также достигают пика через 1–3 недели после заражения. Хотя высокие титры сывороточных вибриоцидных антител и IgA, специфичных к холерному токсину, коррелируют с защитой от инфекции, эти антитела снижаются до исходного уровня через год после заражения, задолго до ослабления защитного иммунитета к холере.Точно так же у добровольцев, инфицированных V. cholerae , уровни sIgA в слизистой оболочке снижаются до исходного уровня в течение нескольких месяцев. Однако, когда добровольцам, у которых больше не обнаруживаются антитела, повторно вводят антигены V. cholerae , они демонстрируют стойкую способность вызывать анамнестический иммунный ответ, развивая пик секреции кишечных антител так быстро, как в течение трех дней. Поэтому возможно, что быстрота анамнестического ответа при повторном контакте, а не предварительно сформированные антитела, может опосредовать защиту от холеры.Это подтверждается недавними данными о том, что холера индуцирует ответ В-клеток памяти, который можно обнаружить в течение как минимум 1 года после заражения холерой 113 .

Было выявлено несколько коррелятов иммунитета. Наиболее хорошо охарактеризованным серологическим маркером иммунитета является титр сывороточных вибриоцидных антител. Это антитело является комплемент-зависимым бактерицидным антителом, титр которого заметно увеличивается после заболевания, но снижается до исходного уровня через 6-9 месяцев 7 . В Бангладеш вибриоцидные антитела обнаруживаются у большинства людей в возрасте 10–15 лет и связаны со сниженным риском заражения.Поскольку V. cholerae является неинвазивным патогеном, эти сывороточные антитела могут не вносить прямого вклада в защиту на уровне слизистой оболочки кишечника, но они могут быть полезны для оценки степени защитного иммунитета на уровне популяции. Антитела иммуноглобулина А, специфичные к ТСР, ЛПС или субъединице В холерного токсина, коррелируют с защитой от последующей инфекции и заболевания 35 .

Полевые испытания вакцины обеспечивают контролируемую оценку устойчивости адаптивного иммунного ответа к V.холера . В крупнейшем контролируемом испытании 62 285 участников в Бангладеш были рандомизированы для получения 3 пероральных доз (с интервалом в 6 недель) комбинации убитых целых клеток (Эль-Тор и классическая) плюс субъединица В холерного токсина (вакцина B-WC), цельноклеточный компонент без субъединицы В (вакцина WC) или убитая кишечная палочка К12 в качестве контроля. Через 3 года наблюдения две вакцины (B-WC и WC) имели 50% и 52% защитную эффективность соответственно 50 . Для детей младше 5 лет эффективность составила 23–26%.Через 6 месяцев наблюдения вакцина B–WC обеспечила защиту на 85% 51 . Ведутся споры о том, демонстрируют ли эти данные эффективность, достаточную для широкомасштабного распространения. В настоящее время предпринимаются усилия по созданию новых вакцин для получения более сильных и устойчивых ответов у реципиентов, а также для снижения производственных затрат с целью преодоления как иммунологических, так и производственных препятствий, которые ограничивают осуществимость современных вакцин против холеры 52–55 .

Роль, которую коллективный иммунитет играет в замедлении передачи холеры, недавно получила признание.Испытания эффективности вакцины рандомизируют отдельных пациентов, чтобы гарантировать, что защитная эффективность отражает только прямое действие вакцины 56 . Это означает, что при лицензировании вакцин не учитывается их польза на уровне населения. Упомянутое выше испытание вакцины B-WC имело охват от 4% до 65% в разных регионах 50,57 . Когда показатели заболеваемости холерой сравнили с показателями охвата вакцинацией в конкретных регионах, было обнаружено, что заболеваемость среди реципиентов плацебо обратно коррелировала с уровнем охвата вакцинацией 57 : там, где охват был высоким, даже те, которые не получающих вакцину, вероятность заболеть холерой по-прежнему на четверть ниже, чем у непривитых людей в районах с низким уровнем охвата.Когда коллективный иммунитет включается в имитационные модели эффективности вакцины, 50-процентный охват вакцинацией B–WC в эндемичных районах приводит к снижению общего числа случаев заболевания на 93 % 58 . В совокупности эти исследования доказывают, что вакцина B–WC может обеспечить достаточную защиту для широкомасштабной вакцинации в эндемичных регионах и что коллективный иммунитет, вероятно, будет играть важную роль в ограничении передачи холеры.

Передача с точки зрения хозяина

Несколько групп разработали математические модели с использованием точек зрения как хозяина, так и патогена, чтобы помочь объяснить и предсказать природу вспышек холеры.Целью большинства этих моделей является точное отражение резких подъемов и спадов заболеваемости холерой, наблюдаемых раз в два года в регионах вокруг Бенгальского залива. Была построена модель, включающая скорость передачи, фактор сезонных колебаний и расчет числа восприимчивых лиц на основе различного защитного иммунитета от прошлой инфекции 59–61 . Эти идеи были основаны на проверке гипотез о том, что высокое соотношение бессимптомных и симптоматических случаев связано с разрешением вспышки и что короткий период защитного иммунитета (2–12 недель) после заражения делает возможным последующие вспышки, которые наблюдаются в Бангладеш 62 .Результаты показывают, что сочетание многих бессимптомных случаев и кратковременного иммунитета, а не молчащих шедеров , дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. У модели есть ограничения: она предполагает, что соотношение бессимптомных и симптоматических случаев намного выше, чем наблюдалось в последние годы, и она была протестирована с использованием показателей смертности, связанных с клинически определенной холерой в Западной Бенгалии между 1891 и 1940 годами — эпохой до открытия. ротавирусной и энтеротоксигенной E.coli , которые являются искажающими факторами. Несмотря на свои недостатки, эти модели улучшают наше понимание сложной динамики вспышек и показывают, насколько мощной может быть реакция хозяина на ограничение передачи. Новые модели передачи холеры должны по-прежнему включать факторы сезонных колебаний, соотношение бессимптомных и симптоматических случаев и скорости снижения защитного иммунитета.

Возбудитель

Инфекционные дозы на животных моделях

Заражение человека-хозяина представляет собой многостадийный процесс: V.cholerae необходимо принимать внутрь в дозе, достаточной для преодоления врожденной иммунной защиты, затем экспрессировать факторы вирулентности для колонизации тонкого кишечника и, наконец, координировать выход из организма хозяина для облегчения передачи 63 (). Модели холеры на животных во многом являются показателями успешности первых двух стадий 64 . Используя модель инфекции на детях мышей, было показано, что V. cholerae , которые выделяются с фекалиями человека из рисового отвара, находятся в гиперинфекционном состоянии, демонстрируя ID 50 10–100 клеток по сравнению с приблизительно 500 клетками для В.cholerae выращены in vitro 65–67 . Гиперинфекционность была также зарегистрирована у Citrobacter rodentium 68 , а гиперинфекционность V. cholerae может быть воспроизведена при прохождении через мышиную модель инфекции 68,69 . Определение и фенотип гиперинфекционности противоречивы из-за сложности выбора наиболее подходящих условий культивирования для роста контрольного штамма.

Жизненный цикл патогенного Vibrio cholerae

Токсигенные штаммы Vibrio cholerae сохраняются в водной среде наряду с нетоксигенными штаммами, чему способствует образование биопленок на биологических поверхностях и использование хитина в качестве источника углерода и азота.При проглатывании этих адаптированных к водной среде бактерий с загрязненной пищей или водой токсигенные штаммы колонизируют тонкую кишку, размножаются, секретируют холерный токсин и выделяются хозяином обратно в окружающую среду при секреторной диарее. Патогены, выделяющиеся со стулом, находятся в преходящем гиперинфекционном состоянии, которое способствует усилению вспышки за счет передачи последующим хозяевам.

Молекулярные механизмы, способствующие гиперинфекционности V. cholerae , являются многофакторными.Исследования с применением микрочипов показали, что глобальный профиль транскрипции гиперинфицированных V. cholerae из рисового отвара отличается от профиля V. cholerae , выращенного in vitro или верхних отделов тонкой кишки V. cholerae , выделенного в рвотных массах 65, 70,71 (). Большинство известных генов вирулентности, в том числе гены холерного токсина и TCP, подавляются в стуле из рисового отвара, но механизм этого подавления остается неизвестным. Еще одним уникальным признаком является подавление генов хемотаксиса, что удивительно, учитывая, что планктонные вибрионы, выделяемые пациентами, жгутиковые и очень подвижные.Было показано, что это подавление хемотаксиса является одним из компонентов гиперинфекционности, поскольку подвижные, но не хемотаксирующие мутанты V. cholerae являются гиперинфекционными 66,72,73 .

Паттерны экспрессии генов Vibrio cholerae на разных стадиях жизненного цикла

При приеме внутрь (нижняя правая панель) Vibrio cholerae использует подвижность и муциназы для проникновения в гель слизи, а N -ацетилглюкозамин-связывающий белок A GbpA) и другие факторы для колонизации эпителия тонкой кишки.Существенные изменения в экспрессии генов сопровождают этот переход от прудовой к острой инфекции, включая, помимо прочего, индукцию vieA, которая кодирует фосфодиэстеразу, гидролизующую циклический ди-GMP вторичного мессенджера, и гены, регулируемые ToxR, в том числе гены холерного токсина и самоагрегативный пилюс, регулируемый токсином (TCP). Кроме того, некоторые гены репрессированы, например, гены хитин-связывающего маннозочувствительного гемагглютинина пилуса (MSHA) и сигма-фактора стресса RpoS.На поздней стадии инфекции (нижняя левая панель) V. cholerae снова изменяет экспрессию своего гена, чтобы отсоединиться от эпителия — «реакция побега» — и подготовиться к передаче другому хозяину (например, бытовое распространение ) или попадание в водную среду. Изменения на поздних стадиях включают индукцию генов синтеза c-di-GMP (дигуанилилциклазы), систем удаления питательных веществ (таких как регулон регуляции поглощения железа (Fur)) и подвижности (Fla), а также репрессию генов, таких как для хемотаксиса (Che) и регулона ToxR.Возникающее в результате «подвижное, но нехемотаксическое» состояние способствует гиперинфекционности. Если бактерии, выделяющиеся со стулом, не попадают в организм другого хозяина в течение короткого периода времени, то их ожидает одна из двух судеб (верхняя панель): закрепление в водной среде путем нахождения подходящих источников питательных веществ, таких как хитин, или распад до «активного организма». но некультурное’ состояние. При воздействии хитина V. cholerae индуцирует несколько генов, участвующих в прикреплении и катаболизме хитина (регулон ChiS), а также генах, участвующих в генетической компетентности (регулон TfoX).Образование биопленок на поверхностях опосредовано индукцией регулона Vps, который кодирует внеклеточный полисахарид. Во время перехода в активное, но не культивируемое состояние происходят большие изменения в экспрессии генов, поскольку V. cholerae пытается адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ. К ним относятся индукция генов фосфатного и азотного голодания (phoB и glnB-1 соответственно) и репрессия генов механизма трансляции.

Транскриптом V. cholerae , пассированного от животных, также уникален и был отмечен двумя недавними исследованиями.Во-первых, существует скоординированная «реакция побега», которая позволяет организму отделиться от ворсинок кишечника, готовясь к выходу из организма хозяина; это регулируется стрессом и сигма-фактором стационарной фазы РНК-полимеразы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не требуются для заражения, но важны для выживания при переходе в водную среду 75 . Эта предварительная индукция генов выживания в окружающей среде на поздних стадиях инфекции может подготовить организм к жесткому селективному давлению в прудовой воде, что способствует передаче 24,65 .В большинстве исследований, описанных выше, бактериальные клетки, составляющие инфекционную дозу, представляли собой планктонные клетки, а не агрегаты. Было проведено одно исследование на добровольцах, в ходе которого добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (т. е. агрегативной и экзополисахарид-продуцирующей); инфекционная доза была аналогична дозе планктонных форм, а морщинистые формы выделялись добровольцами 76 . Кроме того, люди выделяют V. cholerae в виде сложных биопленкоподобных агрегатов 67,77,78 .Идентификатор 50 из V. cholerae выделяется в агрегатах, и роль, которую эти агрегаты играют в передаче, еще предстоит определить.

Инфекционная доза для человека

Инфекционная доза V. cholerae для человека сильно различается в зависимости от бактериального штамма и хозяина. Дозы 10 8 –10 11 клеток требовались для последовательной колонизации здоровых североамериканских добровольцев 7,29,31 . Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 , когда бикарбонатный буфер используется для нейтрализации желудочной кислоты незадолго до инокуляции; этот метод дает уровень инфицирования 90% 7,29,31 .В контексте домохозяйств пища может действовать как кислотный буфер; в исследованиях на добровольцах введение бактерии в составе «блюда» из риса, рыбы, заварного крема и обезжиренного молока дало результаты, сравнимые с результатами, полученными при одновременном введении бактерии и бикарбоната 79 . В эндемичных условиях инфекционная доза неизвестна. Подсчет V. cholerae в образцах домашних хозяйств и объектов окружающей среды исторически сложен, требует быстрого реагирования и использования флуоресцентной микроскопии для подсчета тех бактерий, которые, возможно, стало трудно культивировать 80 .

Клинические наблюдения о том, что буферизация желудочной кислоты снижает инфекционную дозу, позволяют предположить, что бактериальные гены, участвующие в кислотоустойчивости, могут способствовать вирулентности. Мутагенез с сигнатурной меткой (STM) был использован для поиска подмножества генов вирулентности, которые способствуют кислотоустойчивости in vitro 81 . Удаление этих генов аттенуировало V. cholerae в модели инфекции у мышей, подтверждая их роль в вирулентности. Кроме того, воздействие дикого типа V.cholerae к кислоте непосредственно перед инокуляцией мышей давали большое конкурентное преимущество по сравнению с неадаптированными к кислоте бактериями 82 . Эти данные, наряду с другими, демонстрируют, что бактерии, выращенные in vitro , могут стать более заразными при воздействии стресса. Кроме того, эти результаты могут иметь клиническое значение в регионах мира, где преобладает сниженная выработка желудочной кислоты (ахлоргидрия) вследствие инфекции Helicobacter pylori, таких как Бангладеш 7 .

Передача с точки зрения возбудителя

Роль гиперинфекционности в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки остается непроверенной. V. cholerae остается гиперинфекционным в течение по крайней мере 5 часов после попадания от пациентов в водную среду, что свидетельствует о том, что гиперинфекционность играет особую роль в передаче инфекции в местах большого скопления людей, где существует вероятность того, что другой человек вступит в контакт с микроорганизмом. в относительно короткие сроки 65,70 .Одна из моделей передачи холеры предполагает, что вспышка начинается, когда либо уже инфицированный индексный случай мигрирует и заражает новую территорию, либо V. cholerae , потребляемый из природного резервуара окружающей среды, создает новый индексный случай среди местного населения. В обоих сценариях возможно ускорение вспышки в результате быстрого распространения гиперинфекционного V. cholerae от человека к человеку при коротком периоде пребывания в окружающей среде.Модели передачи, допускающие лишь стохастическое попадание V. cholerae из окружающей среды, не позволяют предсказать резкий рост числа случаев заболевания, наблюдаемый в начале вспышек по всему миру, в том числе тех, которые происходят раз в два года в Бангладеш 11 . Однако модели, включающие гиперинфекционность 83 , лучше отражают эти резкие скачки.

Поддержание передачи через водные водоемы

Эндемическая холера встречается в регионах с естественными водными резервуарами токсигенных и нетоксигенных В.cholerae , где бактерии могут сохраняться либо в свободном состоянии, либо в ассоциации с фитопланктоном 84–86 , зоопланктоном 85–88 или биотическим и абиотическим детритом 89,90 . Эти взаимодействия могут быть как полезными, так и антагонистическими 91,92 . Ассоциации, как правило, не случайны. Например, V. cholerae развил механизмы прикрепления, деградации и использования хитина в качестве источника углерода и азота 93–95 ().Для экологических изолятов методы типирования ДНК, основанные на секвенировании гипервариабельных локусов с короткими повторами последовательностей, стали лучше определять взаимосвязь между нетоксигенными и токсигенными V. cholerae . В двух сельских районах, разделенных 80 километрами в дельте реки Ганг, были обнаружены различные штаммы из окружающей среды и клинических условий 96 . Экологические изоляты состояли как из токсигенных, так и из нетоксигенных штаммов O1 El Tor и O139 на фоне нетоксигенных штаммов, представляющих многие серогруппы.Напротив, клинические изоляты были строго токсигенными O1 El Tor и O139, но принадлежали к разным типам штаммов. Эти результаты демонстрируют, что у хозяина токсигенные штаммы имеют избирательное преимущество перед нетоксигенными штаммами из окружающей среды. Соотношение между экологическими и клиническими штаммами может быть иным в других регионах мира и, вероятно, будет варьироваться в зависимости от окружающей среды, санитарии, инфраструктуры и плотности населения.

Селективное давление в водной среде

Некоторые бактериальные патогены, включая V.cholerae , теряют способность к культивированию на стандартных средах после переноса с хозяина или из лаборатории в водную среду 24,97 . Этот фенотип традиционно известен как «жизнеспособное, но некультивируемое» (VBNC) состояние, поскольку клетки сохраняют способность к основным метаболическим процессам, таким как синтез белка, дыхание и поддержание целостности мембран, несмотря на их невозможность культивирования 24 . Альтернативный, более консервативный термин, применяемый к этому состоянию, — «активные, но некультивируемые» (ABNC), поскольку остается неясным, живы ли еще бактерии, утратившие способность к культивированию на стандартных средах 98 .

V. cholerae может быстро стать ABNC при выходе из организма человека и попадании в водную среду. Исследования с V. cholerae , полученными от пациентов и in vitro , подвергнутыми диализу в прудовой воде, продемонстрировали снижение культивируемости на 60% и 90% через 5 часов и 24 часа соответственно 65 . Микроматричный анализ показал, что происходили быстрые и заметные транскрипционные изменения, когда бактерии переходили в состояние ABNC 65 . Эти изменения включали индукцию генов удаления фосфатов и связанного азота, а также подавление генов синтеза белка и энергетического метаболизма, что согласуется с низкими уровнями источников углерода, фосфатов и связанного азота, которые часто встречаются в водной среде.Остается проверить, продлит ли включение твердых частиц, которые были отфильтрованы из прудовой воды в вышеупомянутом исследовании, возможность культивирования V. cholerae . Поскольку такое быстрое снижение культивируемости возможно, исследователи задались вопросом, являются ли большинство клеток V. cholerae , заражающих людей из окружающей среды, ABNC или культивируемыми клетками. Одна из гипотез гласит, что если культивируемые клетки более заразны, чем клетки ABNC, то ID 50 , рассчитанный по общему количеству клеток, будет увеличиваться по мере уменьшения процента культивируемых клеток в популяции.Это было подтверждено недавними экспериментами, предполагающими, что основной вклад в инфицирование человека, вероятно, вносят культивируемые клетки V. cholerae 65 . Будущие математические модели передачи V. cholerae должны учитывать возможность снижения скорости культивирования.

V. cholerae литический бактериофаг

Биология виброфагов

Восемьдесят лет назад было высказано предположение, что бактериофаги могут контролировать естественные популяции патогенов 99,100 .Более поздние исследования в области морской микробиологии выявили элегантный баланс между бактериофагами и их добычей цианобактерий 101 . С клинической точки зрения бактериофаги в принципе можно использовать для профилактики или лечения инфекций. Действительно, «фаговая терапия» против холеры и других заболеваний была задокументирована (ВСТАВКА 2). Существует не менее 200 видов бактериофагов, которые инфицируют V. cholerae , известных как виброфаги 102,103 . Нитевидный лизогенный вибриофаг CTXΦ является одним из наиболее охарактеризованных, поскольку он несет гены, кодирующие холерный токсин 22 .Первым секвенированным геномом хвостатого вибриофага был κ139; этот вибриофаг может быть как лизогенным, так и литическим. Основным механизмом, благодаря которому V. cholerae O1 становится устойчивым к κ139 и многим другим виброфагам, является мутация кластера генов rfb , кодирующего ферменты синтеза ЛПС 104 . В отсутствие рецептора антигена LPS O вибриофаг не может связываться с бактериальной клеткой или инфицировать ее. Все мутанты rfb -null V. cholerae O1, которые были протестированы на сегодняшний день, являются аттенуированными 65,67,105 .

Коробка 2 | The Bacteriophage Inquiry

В 1915–1917 годах Twort 114 и d’Hérelle 115 независимо друг от друга открыли бактериофаги. д’Эрелль определил, что бактериальную инфекцию на животных моделях можно ослабить с помощью бактериофагов, и в 1925 году состояние пациентов с бубонной чумой улучшилось после того, как д’Эрелль ввел бактериофаги непосредственно в их бубоны (опухшие лимфатические узлы) 116 . Эти открытия привели к исследованию бактериофагов, которому было поручено изучить терапию бактериофагами холеры в Индии 116 .В их первом терапевтическом испытании 244 нелеченых пациента с холерой сравнивались с 219 пациентами с холерой, которых лечили виброфагами; в нелеченной группе смертность составила 20%, тогда как в обработанной группе — 6,8% (χ 2 , p <0,01). Другие исследования показали аналогичные результаты 5,116,117 . Несмотря на некоторые ограничения, присущие той эпохе, Расследование достигло достаточного успеха, чтобы расширить свои усилия 5 .

За 1928, 1929 и 1934 годы, в общей сложности 36 000, 130 823 и 871 316 доз вибриофагов были подготовлены и распространены персоналом по расследованию во время начала вспышек в конкретных исследуемых сообществах в Индии 116 .Вибриофаги также были распространены в общественных источниках питьевой воды для профилактики. Показатели смертности от холеры сравнивали с контрольными сообществами до и после вмешательств. Трехлетняя смертность от холеры снизилась с 30 до 2 на 10 000 в регионах, которые лечились виброфагами 117 . Хотя эти исследования имели множество ограничений, они предоставили единственные доступные данные об эффективности терапии вибриофагами. Достижения в области регидратации и антибиотикотерапии в 1930-х и 1940-х годах сделали испытания бактериофагов, основанные на конечных точках смертности, неэтичными и статистически сложными 116,118 .

Вибриофаги в окружающей среде

В 1930-х годах была обнаружена положительная корреляция заболеваемости холерой с выделением виброфагов в водной среде 106 . В наше время было описано отсроченное положительное соответствие между ростом числа случаев холеры и последующим ростом вибриофагов в окружающей среде 107 . Модель, разработанная Jensen et al. предсказывает, что если вспышка будет инициирована увеличением V.cholerae в окружающей среде, плотность вибриофагов впоследствии будет увеличиваться, что в конечном итоге будет способствовать уменьшению вспышки 108 . В Международном центре исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (ICDDRB), увеличение числа случаев холеры было связано с соответствующим, но отсроченным ростом доли больных холерой с вибриофагами в стуле 109 . Вибриофаги, выявленные в этом исследовании, были литическими виброфагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов виброфагов 107 .Титры вибриофагов в стуле из рисовой воды варьировали от 10 2 до 10 8 бляшкообразующих единиц на миллилитр, что согласуется с другими публикациями 65,67 . Несмотря на присутствие литических вибриофагов, все образцы стула были положительными на V. cholerae , а V. cholerae обычно превышали численность вибриофагов по крайней мере на один порядок. Последующие исследования показали, что большинство бактериальных изолятов из стула по-прежнему восприимчивы к виброфагам 65,67 .Пока неясно, почему вибриофаги в кишечнике человека не могут устранить инфекцию V. cholerae , но эта «неудача» может играть важную роль в распространении клональной экспансии фагов во время вспышек 109 .

Передача с точки зрения виброфага

Современные эксперименты начали проверять гипотезу о том, что фаги могут ослаблять бактериальную передачу. Например, анализы подвижности с использованием темнопольной микроскопии использовались для быстрого скрининга стула из рисовой воды на наличие вибриофагов; стул, который был отрицательным в темном поле (не содержал подвижных вибрионов), с большей вероятностью содержал литические вибриофаги и имел низкое количество культивируемых клеток, но сходное общее количество клеток 77 .С помощью этого косвенного измерения для фагов было обнаружено, что по крайней мере половина больных холерой, которые наблюдались в течение 5-летнего периода в ICDDRB, содержали вибриофаги, а домашние контакты больных с положительным индексом вибриофага имели меньшую вероятность заражения. с V. cholerae , чем лица, которые были в контакте с пациентом, который не был фагоположительным 77 . Эти результаты согласуются с выводом о десятикратном снижении инфекционной дозы V.cholerae , когда в стуле хозяина содержатся вибриофаги 67 .

V. cholerae обычно превосходит по численности литических бактериофагов сразу после перехода от хозяина 65 , 67 . В лабораторных экспериментах с использованием испражнений рисовой воды, выделяемых людьми, бактериофаги имеют первоначальный всплеск репликации в течение первых нескольких часов в водной среде и могут достигать отношения бактериофагов к бактериям примерно 1 к 1 к 24 часам 65,67 .Хотя гиперинфекционность может сохраняться в течение нескольких часов после прохождения от хозяина 65,70 , потеря способности к культивированию (обсуждавшаяся выше) и цветение бактериофагов в водной среде, вероятно, в совокупности блокируют передачу 65 . Контрольные эксперименты с in vitro — производными V. cholerae и бактериофагами подтверждают, что бактериофаги могут ограничивать инфекционное бремя 65,67 . Однако бактериофаги никогда не способны полностью блокировать инфекцию, поскольку мутанты V.cholerae , у которых отсутствуют зрелые ЛПС, избегают нападения хищников и колонизируют мышей, хотя и в меньшем количестве. Как уже упоминалось, мутанты ЛПС аттенуированы и могут исчезнуть в естественном жизненном цикле V. cholerae 65,67,105 .

Таким образом, динамическое взаимодействие между бактериофагом и бактерией в прудовой воде предполагает, что модель передачи холеры должна включать меру быстрого снижения культивируемости бактерий и хищничества бактериофагов. В закрытой экспериментальной системе передача В.cholerae можно свести к минимуму, если эти два фактора сочетаются в водной среде. Таким образом, вероятно, преимущество приспособленности V. cholerae заключается в быстром переносе к следующему хозяину, когда культивируемость все еще высока, а концентрация бактериофагов все еще низка. В этом обзоре упоминается несколько моделей, предлагающих различные объяснения возникновения и прекращения вспышек с точки зрения хозяина (клинический спектр и коллективный иммунитет), бактерии (гиперинфекционность) и бактериофага (хищничество).Мы объединили несколько опубликованных моделей в одну рабочую диаграмму, чтобы побудить задуматься о том, как эти факторы могут взаимодействовать в естественной среде (). Лучшее понимание того, как функционирует интегрированная модель, может выявить возможности для вмешательств в области общественного здравоохранения.

Комбинированная модель передачи холеры с точки зрения хозяина и микроорганизмов

Общая популяция (H) питает пул восприимчивых хозяев (S), которые становятся заразными (I) после употребления Vibrio cholerae из окружающей среды источник, с литическими бактериофагами или без них (Ф).Инфицированные люди имеют симптомы (I symp ) или бессимптомные (I асимптомы ) и выздоравливают (R) под действием своей иммунной системы и, возможно, литических бактериофагов, или погибают от инфекции (m). Выздоровевшие люди будут повторно попадать в пул восприимчивых с разной частотой (//) в зависимости от степени защитного иммунитета. Литические фаги и гиперинфекционные V. cholerae (VC Hi ) выделяются хозяином с симптомами в различных концентрациях; бессимптомные хозяева выделяют гораздо меньше бактерий (пунктирная линия).Клетки VC Hi быстро переходят к следующему хозяину, сохраняются в окружающей среде как культивируемые клетки с неизвестной инфекционностью (VC C ) или распадаются до «активного, но не культивируемого» состояния (VC ABNC ) с пониженной инфекционностью. Все три типа клеток плюс совокупные бактерии (не показаны), вероятно, играют смешанную роль в качестве экологических резервуаров для будущих вспышек.

Заключительные замечания

Модель передачи, которая точно прогнозирует масштабы возникающей вспышки, предоставит органам общественного здравоохранения полезную информацию для надлежащего масштабирования их ответных мер.Вмешательства, направленные на жизненно важные этапы передачи инфекции, могут быть эффективными для предотвращения вспышек. Иммунитет хозяина, гиперинфекционность патогенов и фаги — все это факторы, которые можно использовать для борьбы со вспышками. Например, централизованные центры управления отходами часто не работают в условиях ограниченных ресурсов. Поскольку пациенты с симптомами выделяют больше V. cholerae , а V. cholerae с рисовым отваром являются гиперинфекционными, вспышки холеры лучше всего остановить в источнике, уменьшив контакт человека со свежевыведенным гиперинфекционным стулом.Другими словами, при сохранении централизованного управления следует поощрять и тестировать децентрализованные усилия по целевому обращению с отходами на единицу домохозяйства. Эта концепция подчеркивает исключительную важность уже проверенных, но простых домашних мер, таких как использование кувшинов с узким горлышком, хлорирование запасенной воды и мытье рук, для профилактики заболеваний 110,111 .

Еще многое предстоит узнать об эффективности вакцины в естественных условиях холеры.Отход от традиционных показателей эффективности вакцин путем учета преимуществ коллективного иммунитета будет продолжать раскрывать истинное влияние как существующих вакцин, так и вакцин, находящихся в разработке. Кроме того, понимание влияния хищничества бактериофагов и того, как вакцины снижают пул чувствительных до такой степени, что передача не может быть сохранена, являются важными областями для будущих исследований. Ответы на многие вопросы, поставленные в этом обзоре, имеют решающее значение для бедных ресурсами стран, таких как Зимбабве, для оптимизации использования ограниченных запасов вакцины и борьбы с пагубными последствиями плохой санитарии.

Причины и симптомы холеры

Холера — острое диарейное заболевание, вызванное инфекцией. кишечника бактерией Vibrio cholerae . Инфекция часто протекает в легкой форме или бессимптомно, но иногда это может быть серьезно.

Холера была очень редкой в ​​промышленно развитых странах на протяжении последние 100 лет; тем не менее, болезнь все еще распространена сегодня в других частях мира, включая Индийский субконтинент и страны Африки к югу от Сахары.

Хотя холера может быть опасна для жизни, ее легко предотвратить и лечили. В Соединенных Штатах из-за передовой воды и санитарии, холера не представляет серьезной угрозы; Однако, все, особенно путешественники, должны знать, как болезнь передается и что можно сделать, чтобы предотвратить это.

на этой странице:
Симптомы
Осложнения
Передача
Информационный бюллетень

Симптомы

Симптомы включают:

  • водянистая диарея
  • рвота
  • судороги ног

Инфекция часто протекает в легкой форме или бессимптомно.

Осложнения

  • Приблизительно каждый 20-й инфицированный имеет тяжелое заболевание характеризуется обильным водянистым поносом, рвотой и судороги ног.
  • У этих людей быстрая потеря жидкости организмом приводит к обезвоживанию и шок. Без лечения смерть может наступить в течение нескольких часов.

Трансмиссия

Человек может заразиться холерой при употреблении воды или пищи заражены бактерией холеры.В условиях эпидемии источником заражения обычно являются фекалии инфицированного человек. Заболевание может быстро распространяться в районах с неадекватным очистка сточных вод и питьевой воды.

Бактерия холеры может также жить в окружающей среде в солоноватые реки и прибрежные воды. Моллюски, которые едят в сыром виде, имеют был источником холеры, и несколько человек в Соединенных Штаты заразились холерой после еды в сыром или недоваренном виде моллюсков из Мексиканского залива.Болезнь вряд ли распространяться непосредственно от одного человека к другому; следовательно, случайный контакт с инфицированным человеком не является риском заражения больной.

Лица, у которых развивается тяжелая диарея и рвота в странах при возникновении холеры следует немедленно обратиться за медицинской помощью.

Информационный бюллетень

CDC: холера ( Холерный вибрион )
Информационный бюллетень CDC, который отвечает на некоторые распространенные вопросы о Vibrio cholerae .

Подозреваете ли вы, что у вас болезнь пищевого или водного происхождения? Посещение с сообщением о подозрении на болезни пищевого/водного происхождения.

Vibrio cholerae, возбудитель

‘) var head = document.getElementsByTagName(«head»)[0] вар скрипт = документ.создатьЭлемент(«скрипт») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» script.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени head.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.Цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») document.querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.селектор запросов(«.Информация о цене») var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный переключать.setAttribute(«расширенная ария», !расширенная) form.hidden = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.представить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox.смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })() .
Возбудителем холеры является что: Характеристика болезни и возбудителя холеры / КонсультантПлюс

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.