Bakterie rodu Aeromonas jsou gramnegativní tyčinkovité bakterie, které jsou všudypřítomné ve vodním prostředí. Mezofilní druhy tohoto rodu, reprezentované A. hydrophila, A. dhakensis, A. veronii a A. schubertii, jsou nejen důležitými patogeny u ryb, ale jsou patogenní rovněž u lidí. Jsou původci gastrointestinálních a systémových infekcí a infikují rovněž rány. Jejich virulence byla popsána jako multifaktoriální a spojená s přítomností sekrečního systému typu 3. O efektorových proteinech, které jsou tímto systémem dopravovány do hostitelské buňky, však není mnoho známo.
Cílem této práce bylo charakterizovat dva různé sekreční systémy typu 3, a to API-1 a API-2 u A. schubertii s ohledem na jejich buněčnou cytotoxicitu a identifikovat efektorové proteiny, které transportují do hostitelské buňky. K dosažení těchto cílů byla použita řada metod, včetně mikrobiologických technik, molekulárního klonování, práce s tkáňovou kulturou, elektroforézy na SDS polyakrylamidovém gelu a hmotnostní spektrometrie.
Úspěšná konstrukce mutantních kmenů A. schubertii s inaktivovanými systémy API-1 nebo API-2 a kmene s delecí genu kódujícího negativní regulátor API-1 mi umožnila identifikovat potenciální efektorové proteiny typu 3 tohoto druhu.
Charakteristika rodu Aeromonas
Rod Aeromonas se skládá z vysokého počtu validně popsaných taxonů, často s neobvyklými nebo atypickými reakcemi, což se promítá do náročné druhové identifikace těchto bakterií. V rámci této práce bylo charakterizováno 84 kmenů aeromonád izolovaných z vod a humánního klinického materiálu. S fenotypovými metodami bylo identifikováno pouze 40 % všech izolátů.
Bakterie rodu Aeromonas jsou gramnegativní rovné nesporulující tyčky. V rozmezí 0,3 - 1,0 x 1,0 - 3,5 µm se mohou vyskytovat v krátkých řetízcích. Na pevných médiích se mohou tvořit bičíky peritrichální. Mají flexibilní metabolismus s fermentačním i respirativním metabolismem a jsou schopny fermentovat laktózu na kyselinu, často s produkcí plynu. Redukují dusičnany na dusitany.
Primárním místem výskytu aeromonád jsou rozmanitá vodní prostředí, jak ve vodách pitných, tak i znečištěných a odpadních. Jsou rozšířeny po celém světě v různých vodních systémech. Často se vyskytují ve sladkovodních, brakických i mořských prostředích. Vyskytují se ve vodách pitných, znečištěných a odpadních, v povrchových vodách, ale také v mořských a brakických vodách.
Kolonie na pevných médiích mohou mít po 24 - 48 h inkubaci v 35 °C máslovitou konzistenci. Kolonie se mohou vyvinout nazelenalé zbarvení a někdy silný zápach. Aeromonas hydrophila a A. veronii jsou silně ß-hemolytické, zatímco u A. sobria se projevuje jen částečná hemolýza.
Patogenita a faktory virulence
Patogenita se značí termínem virulence. Schopnost mikroorganismu vstoupit do hostitele, tzn. překonat jeho obranné mechanismy, se nazývá invazivita. K dalším faktorům patogenity patří schopnost množit se v hostiteli a poškozovat jeho tkáně.
Bakterie Aeromonas mohou být patogenní pro teplokrevné i studenokrevné živočichy, včetně ryb a obojživelníků. Ačkoliv byly dlouho považovány za pro člověka nepatogenní mikroorganismy, první zprávy o humánních infekcích vyvolaných Aeromonas spp. byly publikovány až ke konci 60. let 20. století. V současnosti jsou známy případy gastrointestinálních onemocnění, systémových infekcí a raných infekcí. Zvláště ohroženi jsou imunokompromitovaní jedinci.
Virulence Aeromonas spp. je multifaktoriální. Mezi klíčové faktory virulence patří:
- Tvorba biofilmu: Bakterie Aeromonas se mohou vázat na povrchy a vytvářet biofilmy, které jim poskytují ochranu před antibiotiky a imunitním systémem hostitele. Biofilmy Aeromonas spp. byly nalezeny na vodních rostlinách a živočiších, v rozvodech pitných vod a také v trávicím systému.
- Fimbrie (pili): Jedná se o vláknité struktury na povrchu buňky, které zprostředkovávají adhezi bakterií k hostitelským buňkám. Zejména pili typu IV, jako jsou AF a Tap pili, hrají roli v kolonizaci epiteliálních buněk a ve schopnosti adherovat na povrch enterocytů.
- Obal (kapsula): Některé druhy, jako A. salmonicida, produkují polysacharidový obal, který je významným faktorem virulence, jelikož chrání bakterie před fagocytózou a působí jako bariéra proti antimikrobiálním látkám.
- Vnější membránové proteiny: Proteiny vnější membrány, jako je například hemolyzin-ഗണesh, mají schopnost vázat se na různé proteiny hostitelských buněk a mohou hrát roli v invazivitě a poškození tkání.
- Exoenzymy: Mezi významné exoenzymy patří proteázy a lipázy. Proteázy, jako je elastáza a kolagenáza, mohou degradovat tkáňové proteiny, čímž usnadňují šíření infekce. Lipázy mohou narušovat buněčné membrány.
- Toxiny: Aeromonas spp. produkují řadu toxinů, včetně hemolyzinů, cytotoxických enterotoxinů (Act) a cytotonických toxinů (Alt a Ast). Aerolysin (Act) je póry tvořící toxin, který se inzeruje do plazmatické membrány hostitelských buněk a způsobuje jejich lýzu.
- Siderofory: Bakterie produkují siderofory pro získávání železa z prostředí, což je esenciální prvek pro jejich růst a virulenci.
Klinický význam a onemocnění
Bakterie rodu Aeromonas jsou spojovány s širokým spektrem onemocnění u lidí.
Gastrointestinální infekce
Aeromonas spp. jsou považovány za významné původce gastroenteritid, zejména u dětí do dvou let. Mohou způsobovat vodnaté průjmy, někdy s příměsí krve, doprovázené bolestmi břicha, zvracením a horečkou. Mezi nejčastější původce patří A. hydrophila, A. caviae a A. veronii biovar sobria. V některých případech mohou infekce přejít do chronické formy.
Infekce kůže a měkkých tkání
Infekce kůže a měkkých tkání jsou dalším častým projevem onemocnění způsobených Aeromonas spp. Mohou se objevit jako povrchové infekce, jako je celulitida a erysipeloid, ale také jako hluboké infekce, včetně celulitidy, nekrotizující fasciitidy a abscesů. Tyto infekce se často vyskytují u imunokompetentních jedinců, kteří byli vystaveni kontaktu s vodními zdroji. Rizikovými faktory jsou otevřené rány, popáleniny a chirurgické zákroky.
Systémové infekce
Aeromonas spp. mohou způsobit i závažné systémové infekce, jako je bakterémie a sepse. Tyto infekce jsou obzvláště nebezpečné u imunokompromitovaných jedinců a mohou vést k multiorgánovému selhání a smrti. Mezi rizikové faktory patří chronická onemocnění, jako je diabetes, onemocnění jater a rakovina.
Další infekce
Mezi další méně časté, ale potenciálně závažné infekce způsobené Aeromonas spp. patří:
- Oční infekce: Keratitidy a konjunktivitidy.
- Plicní infekce: Pneumonie a plicní abscesy, zejména u pacientů s oslabenou imunitou.
- Močové infekce: Obvykle u pacientů s predisponujícími faktory.
- Infekce centrálního nervového systému: Meningitidy a encefalitidy, které jsou vzácné, ale mají vysokou mortalitu.
- Infekce kloubů a kostí: Septické artritidy a osteomyelitidy.
Antimikrobiální rezistence
Rezistence Aeromonas spp. k antibiotikům představuje rostoucí problém. Mnoho kmenů vykazuje rezistenci k širokému spektru antibiotik, což ztěžuje léčbu infekcí. Studie ukazují vysokou míru rezistence k některým běžně používaným antibiotikům, zatímco jiné, jako imipenem a chloramfenikol, si stále zachovávají účinnost.
Vysoký index mnohonásobné rezistence (MAR) byl zjištěn u mnoha izolátů, což naznačuje, že tyto bakterie mohou představovat významné riziko pro veřejné zdraví, zejména v souvislosti s přenosem rezistentních kmenů prostřednictvím potravinového řetězce.
Výzkum a budoucí směry
Výzkum zaměřený na pochopení mechanismů virulence Aeromonas spp. a vývoj nových diagnostických a terapeutických strategií je klíčový. Identifikace a charakterizace efektorových proteinů sekrečního systému typu 3, jako jsou API-1 a API-2, přispívá k hlubšímu porozumění interakce mezi bakteriemi a hostitelem.
Další výzkum by se měl soustředit na:
- Detailnější studium molekulárních mechanismů patogeneze.
- Vývoj nových diagnostických metod pro rychlou a přesnou identifikaci virulentních kmenů.
- Vývoj nových antimikrobiálních látek a strategií pro boj s rezistentními kmeny.
- Monitoring prevalence a rezistence Aeromonas spp. v různých prostředích a u různých hostitelů.
Tato práce představuje krok k lepšímu pochopení komplexní problematiky Aeromonas spp. jako patogenů.