Экология

Синегнойные бактерии широко распространены в природе и являются свободноживущими бактериями, использующими в качестве источника энергии почти все природные органические соединения. Их обнаруживают в почве, воде, отбросах, испражнениях теплокровных животных, на коже, в репираторном и кишечном трактах человека и животных, на растениях.

Синегнойная палочка принадлежит к бактериям, которые в естественных условиях патогенны как для человека, так и для животных, и для растений.

Так, Pseudomonas aeruginosa вызывает симптомы гнили у Arabidopsis Thaliana (кресс-салат) и Lactuca Sativa (салат Латук), поражает некоторые виды кофе, томатов, картофеля. Это мощный патоген для Caenorhabditis Elegans (свободно живущая нематода), дрозофил, и Galleria mellonellа (восковая моль, пчелиная огневка).

При наличии достаточного количества питательных веществ этот микроорганизм может до 2 недель оставаться жизнеспособным в анаэробных условиях. На хлопчато-бумажных и синтетических тканях сохраняется до 13 суток, на полушерстяных до 62 дней, на войлокообразном полотне более 150 суток, на влажных поверхностях более 100 суток, в аппаратах искусственой вентиляции легких годами. Сохраняется в растворах дезинфицирующих средств, обладает выскокой природной резистентностью к широкому кругу антибактериальных препаратов, использует в качестве источника питания нитрофурановые растворы.

Pseudomonas aeruginosa имеет многообразные связи с обитателями почв и водоемов, в том числе и беспозвоночными, многие из которых могут быть естественными хозяевами этого микроорганизма. Паразитизм Pseudomonas aeruginosa у наземных теплокровных животных имеет случайный характер, поэтому млекопитающие и птицы, как и человек, не определяют существование Pseudomonas aeruginosa в природе. Для функционирования в природе Pseudomonas aeruginosa не определяется непрерывной циркуляцией возбудителя, поскольку она не является единственно возможной формой его существования. Любая цепь циркуляции возбудителя раньше или позже прерывается и наступает период его резервации.

Pseudomonas aeruginosa способна к обитанию в широком температурном диапазоне (обычно при любых положительных температурах — от 2 до 40—60°С). Для синегнойной палочки характерно разнообразие весьма тонких механизмов регуляции экспрессии факторов вирулентности. Активность механизмов регуляции направлена на быструю адаптацию микроорганизма к меняющимся условиям обитания и обеспечение максимальной экономичности с энергетической точки зрения. При пребывании микроорганизма во внешней среде факторы вирулентности не синтезируются, при попадании же во внутреннюю среду организма млекопитающих начинается интенсивный синтез этих белков, способствующих развитию инфекционного процесса. Сигналами для микроорганизма о попадании во внутреннюю среду могут быть изменения температуры, рН среды, контакт с мембраной эукариотических клеток. Распознавание таких сигналов осуществляют специфические рецепторы, локализованные в клеточной стенке микроорганизма. Передачу сигнала, обеспечивающего начало синтеза фактора вирулентности, от рецептора к гену, кодирующему белок, осуществляют двухкомпонентные системы передачи сигнала. Такие системы действуют по принципу последовательной активации ферментов в реакции фосфорилирования и являются универсальными в регуляции вирулентности микроорганизмов. Обращает на себя внимание высокая приспособляемость Pseudomonas aeruginosa к условиям существования. Она может вести себя как хемолитотроф (размножение в ограниченных минеральных средах), как сапрофит (в пищевых продуктах и сточных жидкостях), как симбионт (при дисбактериозе), как комменсал (при носительстве) и, наконец, как завершенный патоген. Таким образом, практически неограниченные метаболические возможности Pseudomonas aeruginosa, наличие у этих бактерий разнообразных факторов патогенности в сочетании с высокой способностью воспринимать и экспрессировать генетическую информацию внехромосомных факторов наследственности приводит к вездесущности псевдомонад, в том числе и в больничной среде. Способность колонизировать места обитания, принципиально отличающиеся по физико-химическому составу, термодинамическому режиму и биологической организации вероятно является решающим фактором при колонизации возбудителем различных биотопов, приводящим к развитию вспышек госпитализма. Кроме того, способность Pseudomonas aeruginosa синтезировать ряд вторичных метаболитов (синильную кислоту, пиоцины) позволяет ей подавлять рост широкого круга микроорганизмов. Синтезируемый микробом экзополисахарид (гликокаликс) имеет экологическое значение и играет существенную роль в выживаемости во внешней среде, так как защищает его от бактериофагов, поверхностно-активных веществ. Свойство синегнойной палочки использовать для своего роста феноловые и четвертичные аммониевые соединения дает ей возможность сохраняться в растворах дезинфицирующих средств.

Бактериальная популяция Pseudomonas aeruginosa исходно гетерогенна по устойчивости к перевариванию простейшими. Фагоцитируясь инфузориями, подавляющая доля псевдомонад переваривается в фагосомах; небольшая часть подвергается L-трансформации (сферопласты, протопласты); наконец, отдельные бактериальные клетки сохраняются неизмененными. Подсчитано, что примерно 0,1% клеток популяции возбудителя устойчивы к процессу переваривания. Эти клетки размножаются внутри инфузории, разрушают ее и вновь попадают во внешнюю среду. В окружающей среде они могут захватываться новыми особями простейших, и цикл взаимодействия повторяется. Происходящая таким образом селекция и последующее размножение устойчивых к перевариванию бактерий в организме инфузорий способна компенсировать гибель других микробных клеток.

Считают, что этот механизм обеспечивает поддержание численности и устойчивое существование бактерий в ассоциации с простейшими, селекцию вирулентных штаммов как результат пассажа через организм простейших . Темпы формирования таких эпидемически значимых вариантов и уровень их вирулентности определяются интенсивностью пассирования возбудителя в популяции хозяев, т.е. зависят от их численности. Следовательно, можно предполагать, что наиболее благоприятные условия для формирования эпидемических вариантов возбудителей в этом случае создаются при массовых размножениях простейших.

Вместе с тем нужно учитывать, что закономерности протекающих биохимических и энергетических процессов у микроорганизмов, способных к существованию как в сапрофитической, так и в паразитической фазе в условиях стационара могут существенно отличаться от таковых в естественной природной среде. Иначе говоря, адаптационные механизмы в природной и искусственной среде обитания могут быть не идентичны. Кроме того, для внутрибольничного инфицирования при инвазивных вмешательствах высокая вирулентность возбудителя совсем необязательна. Более важна доза возбудителя, т.е. в случае сапрофитов, паразитирующих на простейших, уже достаточно только наличия устойчивых к фагоцитозу штаммов и возможности их последующего размножения.

Известно, что при переходе от среды обитания с относительно высокой температурой к среде обитания с низкой температурой эктотермные организмы способны поддерживать свой метаболизм на необходимом для нормальной жизнедеятельности уровне, для чего в процессе эволюции у них сформировались специальные генетико-биохимические механизмы . При понижении температуры ниже +20oС жизнеспособность псевдомонад при наличии достаточной влажности увеличивается многократно. Общей закономерностью является усиление каталазной активности. Это означает, что в окружающей среде может сложиться такая «нужная» для возбудителя инфекции сочетанность влажного субстрата и низкой температуры, которая повлечет за собой массивное накопление бактерий.

При переходе из внешней среды с ее низкой температурой в макроорганизм и наоборот, т.е. когда происходит резкая смена температуры и среды обитания (сапрофитическая и паразитическая), создается стрессовая ситуация, усиливающая гетерогенность популяции, вследствие чего увеличивается потенциальная возможность освоения новой экологической ниши.

Следует также учитывать, что за счет диссоциации бактерий (расщепление однородной популяции на варианты, различающиеся морфологическими, физиологическими, биохимическими и биологическими свойствами) в стационаре непрерывно создается необходимое фенотипическое разнообразие форм на единой генетической основе.

Экологическая система больничной среды не является стационарной. В ней непрерывно происходят фазовые преобразования, приводящие к формированию эпидемических вариантов и последовательной смене межэпидемического периода эпидемическим. Эпидемические варианты возбудителей имеют такие физиологические свойства, метаболический потенциал и факторы вирулентности, которые обеспечивают им существование в двух формах: в виде подвижной формы и фиксированной биопленки. Подвижная форма обеспечивает движение, необходимое для колонизации новой среды обитания, а биопленка осуществляет защиту от большого количества неблагоприятных факторов внешней среды. Рисунок 4 иллюстрирует наблюдаемые нами в хирургическом стационаре закономерности циркуляции Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus.

Рисунок 4 - Многолетняя динамика стафилококковых и синегнойных инфекций в хирургическом стационаре

Период эпидемического распространения синегнойной инфекции всегда совпадал с периодом снижения заболеваемости стафилококковыми инфекциями. Затем происходило снижение синегнойных инфекций при одновременном эпидемическом подъеме стафилококковых инфекций. Продолжительность цикла составляла 4-5 лет.

Степень обсемененности палаты интенсивной терапии зависит от количества находящихся в ней пациентов (рис.5). Установлено, что если в палате находился один больной — средний уровень обсемененности внешней среды составлял 3,21%±0,77, при увеличении пациентов в палате до двух человек этот показатель утраивался (10,26%±1,24), до трех — возрастал в 10 раз (32,16%±2,01), до четырех — увеличивался в 16 раз (50,62%±2,11).

Рисунок 5 - Зависимость обсемененности палаты интенсивной терапии от количества находящихся в ней пациентов

Обсемененность при одномоментном поступлении нескольких экстренных пациентов возрастала в 11 раз (с 5,28 до 62,35%). Реанимация пациента сопровождалась семнадцатикратным ростом контаминации внешней среды микроорганизмами (с 4,39% до 74,1%). Сроки выживания во внешней среде реанимационного отделения при обычной дезинфекцииPseudomonas aeruginosa превышали 90 дней (срок наблюдения).

Степень эпидемической опасности возбудителей неодинакова. Одни из них чрезвычайно пластичны и способны к быстрому, безудержному распространению в стационаре, другие такими свойствами обладают в меньшей степени или не обладают совсем. Pseudomonas aeruginosa относится к числу патогенов с высоким эпидемическим потенциалом и способна в короткие сроки (по данным наших наблюдений срок составляет 7 суток) формировать госпитальные штаммы, вызывать вспышки.

Штаммы, выделенные от больных, в 4,2 раза более вирулентны, чем штаммы, выделенные из окружающей среды. Причем установлена зависимость между вирулентностью, токсигенностью и инвазивностью. Штаммы, выделенные от больных, обладают протеолитической активностью в 3,2 раза большей, чем штаммы, выделенные из окружающей среды.

Pseudomonas aeruginosa рассматривается как микроорганизм, способный разлагать некоторые ароматические углеводороды, такие как метилбензены, которые являются побочными продуктами нефтяной промышленности и обычно используются как растворители эмали и красок, в производстве различных химикатов. Pseudomonas aeruginosa способна через окисление метильной группы до альдегида, спирта и карбоновой кислоты, разрушить толулол - самую простую форму метилбензена.