Pałeczka ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa) – Gram-ujemna bakteria o wymiarach 0,5-0,8 µm na 1,5-3,0 µm, żyjąca głównie w glebie i wodzie oraz na powierzchni roślin i rzadko na skórze zwierząt. Niekiedy można ją również wyizolować ze skóry ludzi o prawidłowej czynności układu odpornościowego (patrz niżej). Jedną z jej cech charakterystycznych jest zdolność do wytwarzania barwników.
Jest bakterią oportunistyczną (wywołującą zakażenie tylko u osób z obniżoną odpornością) zarówno dla ludzi jak i dla roślin, a także jednym z najważniejszych i najgroźniejszych drobnoustrojów powodujących zakażenia wewnątrzszpitalne. Zakażenie pałeczką ropy błękitnej stanowi szczególnie istotny problem u pacjentów chorujących na mukowiscydozę. Rozpoznanie stawia się na podstawie stwierdzenia obecności patogenów w trakcie hodowli. Leczenie zakażenia Pseudomonas aeruginosa jest trudne ze względu na dużą oporność tej bakterii na antybiotyki.
W 2000 roku zsekwencjonowano cały genom bakterii. Zawiera on 5570 genówPseudomonas Genome Database. i 6,3 do 6,6 miliona par zasad
Właściwości Pseudomonas aeruginosa jest Gram-ujemną bakterią o wymiarach 0,5-0,8 µm na 1,5-3,0 µm, żyjącą w glebie i wodzie, a także w organizmach ludzi i zwierząt, pierwotnie tlenową (może również rosnąć beztlenowo przy obecności NO3), ruchliwą (posiada jedną rzęskę umieszczoną biegunowo), nieprzetrwalnikującą, oksydazododatnią, niefermentującą laktozy, wydzielającą barwniki. Pałeczka nie upłynnia żelatyny, nie wytwarza indolu i β-galaktozydazy.
Optymalną temperaturą do wzrostu jest 37 °C, ale może również rosnąć w temp. do 42 °C.
Bakterie mogą tworzyć skomplikowane makrokolonie (biofilm) przyczepione do powierzchni albo bytować w formie wolnej jako jednokomórkowe organizmy (formy planktonowe).
Nazewnictwo Słowo pseudomonas znaczy „fałszywa jednostka”; z greckiego pseudēs ( – „fałszywy”) i monas (łac. monas, gr. – „pojedynczy”). Było używane na początku historii mikrobiologii jako określenie drobnoustroju. Aeruginosa to łaciński przymiotnik od słowa aerugo, grynszpan (korozja miedzi). Było to opisowe określenie turkusowego zabarwienia kultur bakteryjnych obserwowanych podczas hodowli.
Synonimy Bacterium aeruginosum (Schroeter 1872) Bacterium aeruginosum (Cohn 1872) Micrococcus pyocyaneus (Zopf 1884) Bacillus aeruginosus (Schroeter 1872, Trevisan 1885) Bacillus pyocyaneus (Zopf 1884, Flügge 1886) Pseudomonas pyocyanea (Zopf 1884, Migula 1895) Bacterium pyocyaneum (Zopf 1884, Lehmann and Neumann 1896) Pseudomonas polycolor (Clara 1930) Pseudomonas vendrelli (nomen nudum 1938) mały|prawo|Obraz mikroskopowy Pseudomonas aeruginosa (barwienie metodą Grama)
Epidemiologia Bakteria w warunkach prawidłowych bytuje głównie w obrębie jamy nosowej. Wywołuje często zakażenia szpitalne. Według danych CDC Pseudomonas aeruginosa jest przyczyną 4 na 1000 przypadków zakażeń w amerykańskich szpitalach a sama bakteria znajduje się na czwartym miejscu najczęściej izolowanych patogenów (10,1% wszystkich posiewów)Todar, Kenneth. Pseudomonas aeruginosa, 2004. Pełny tekst..
Do czynników ryzyka rozwinięcia procesu chorobowego należą: choroby hematologiczne zaburzenia odporności (m.in. AIDS, pacjenci po transplantacji) mukowiscydoza narkomania oparzenia obecność cewników dożylnych oraz rurek intubacyjnych pacjenci długo przebywający na Oddziałach Intensywnej Terapii nowotwory chemioterapia neutropenia cukrzyca Zakażenie Pseudomonas aeruginosa bardzo często dotyczy pacjentów z mukowiscydozą. Stwierdza się je u 20% dzieci poniżej 1. roku życia, u 33% dzieci poniżej 3. roku życia i u 80-90% dorosłych. mały|Piocyjanina
Barwniki Pseudomonas aeruginosa, podobnie jak i inne gatunki z rodzaju Pseudomonas, może produkować barwniki. Zdolność do wytwarzanie określonych barwników jest cechą gatunkową. Pałeczka ropy błękitnej wytwarza: piocyjaninę (1-hydroksy-5-metylofenazyna) – niebiesko-zielony barwnik obecny niekiedy w wydzielinach z miejsc zakażonych. Ma zdolność do katalizowania reakcji przechodzenia tlenu w rodniki ponadtlenkowe i nadtlenek wodoru, co powoduje zahamowanie wzrostu innych bakterii i warunkuje cytotoksyczność. mały|Fluoresceina fluoresceinę (zwaną także piowerdyną) – powoduje fluorescencję zieloną pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Rozpuszczalny w wodzie barwnik jest wydzielany do podłoża gdy brakuje w nim żelaza (działa jak siderofor). piorubinę – barwnik czerwony melaninę – barwnik brązowy
Patogeneza mały|Pałeczka ropy błękitnej pod skaningowym mikroskopem elektronowym Głównymi czynnikami chorobotwórczymi Pseudomonas aeruginosa są: otoczka alginianowa – zbudowana z kwasu mannuronowego i glukuronowego nadająca bakteriom wygląd śluzowo-połyskujący. Jest produkowana głównie przez szczepy wodne, ale znajdowano ją również u patogenów powodujących zapalenie płuc. Działa jako czynnik adhezyjny i antyfagocytarny. Część źródełMikrobiologia lekarska. Maria Lucyna Zaremba i Jerzy Borowski. Wydawnictwo PZWL, wydanie III (dodruk). . Strona 217. nie uznaje warstwy śluzowej za otoczkę bakteryjną. pilina – istotna we wstępnej kolonizacji nabłonka adhezyny (niezwiązane z fimbriami) – jak wyżej hemolizyny – mogą niszczyć surfaktant powodując niedodmę proteazy – np. elastaza, trawią białka toksyny – m.in. lipopolisacharyd, enterotoksyna, egzotoksyna S (egzoenzym S), egzotoksyna A. Egzotoksyna A jest główną toksyną wydzielaną przez Pseudomonas. Jej działanie jest identyczne z toksyną błoniczą. Posiada aktywność transferazy ADP-rybozylowej. Unieczynnia czynnik wydłużający-2 (EF-2) powodując zahamowanie syntezy białek. Produkcja egzotoksyny A jest uzależniona od obecności żelaza. Egzotoksyna S jest produkowana przez bakterie rosnące w ranach oparzeniowych. Jej obecność we krwi stwierdza się jeszcze przed wystąpieniem bakteriemii.
Pseudomonas aeruginosa wytwarza oprócz piocyjaniny także inne substancje o działaniu antybiotycznym, tzw. substancje pio (pseudany), do których należy m.in. kwas piolipinowy wykazujący aktywność wobec Mycobacterium tuberculosis. Na skutek działania tych związków zahamowany zostaje wzrost innych drobnoustrojów ułatwiając w ten sposób namnażanie kolonii pałeczki ropy błękitnej. mały|Pseudomonas aeruginosa pod mikroskopem elektronowym Ostatnio odkryto gen bakterii (RetS), który warunkuje jej zdolność do wywołania ostrych infekcji. Szczepy posiadające ten gen nie są zdolne do tworzenia kolonii (biofilmu), co prowadzi do przewlekłych stanów zapalnych, ale z drugiej strony szybko wywołują ostre infekcje, szczególnie groźne u osób z upośledzoną odpornością.
Mechanizm infekcji Pseudomonas aeruginosa składa się z trzech etapów: kolonizacji inwazji uogólnionego zakażenia. Za kolonizację odpowiadają fimbrie bakteryjne, które przyczepiają się do galaktozowych, mannozowych i sjalowych receptorów zlokalizowanych na komórkach nabłonka, głównie w drogach oddechowych. Procesowi sprzyja wytwarzanie proteaz, które rozkładając fibronektynę, odsłaniają receptory. Uszkodzenia tkanek również zwiększają zdolność bakterii do kolonizacji. Serotypy wytwarzające otoczkę alginianową posiadają dodatkowe adhezyny, które przyłączają się do znajdujących się w drogach oddechowych mucyn. Alginian stanowi macierz dla biofilmu, który zakotwicza bakterie i chroni je przed niszczącym działaniem limfocytów, fagocytów i in. Prawdopodobnie również egzotoksyna S bierze udział w adhezji do glikolipidów komórek układu oddechowego. W mechanizmie inwazji dużą rolę odgrywają proteazy – elastaza i proteaza alkaliczna. Elastaza rozkłada kolagen, IgG, IgA, dopełniacz, a także fibronektynę (odsłonięcie receptorów). Proteaza alkaliczna degraduje włóknik. Razem biorą udział w unieczynnianiu interferonu γ i TNF. Pseudomonas aeruginosa produkuje również trzy inne rozpuszczalne białka biorące udział w inwazji: cytotoksynę (leukocydyna) i 2 hemolizyny (fosfolipaza, lecytynaza). Za proces rozsiewu drogą krwionośną odpowiadają te same czynniki, które biorą udział w lokalnej infekcji. Lipid A, będący częścią lipopolisacharydu, warunkuje rozwój sepsy.
Quorum sensing mały|Schemat quorum sensing. (Po lewej) Przy niskim zagęszczeniu bakterii, stężenie autoinduktora (niebieskie kropki) jest względnie niskie, a produkcja substancji jest ograniczona. (Po prawej) Przy wysokim zagęszczeniu bakterii, stężenia autoinduktora jest wysokie, a substancje (czerwone kropki) są produkowane przez bakterie. Ekspresja genów może być regulowana przez komunikację pomiędzy konkretnymi komórkami lub quorum sensing (QS) dokonywany przez produkcję małych cząsteczek zwanych autoinduktorami. Quorum sensing kontroluje ekspresję wielu czynników zjadliwości. Inną postacią regulacji ekspresji genów, która pozwala bakterii szybko adaptować się do zmian otoczenia jest sygnalizacja środowiskowa. Niedawne badania wykazały, że anaerobioza może znacząco wpłynąć na produkcję czynników zjadliwości Pseudomonas aeruginosa.
Pseudomonas aeruginosa a mukowiscydoza Zakażenie Pseudomonas aeruginosa stanowi poważny problem epidemiologiczny u pacjentów z mukowiscydozą. Mechanizm zwiększonej podatności pacjentów dotkniętych tą chorobą na infekcję pałeczkami ropy błękitnej nie jest do końca poznany. Postuluje się: zwiększone powinowactwo bakterii do zniszczonego na skutek działalności proteaz gospodarza (w trakcie infekcji) komórek nabłonka oddechowego zwiększone występowanie asjalogangliozydów na nabłonku dróg oddechowych powodujące zwiększoną adhezję Pseudomonas aeruginosa upośledzenie miejscowych czynników obronnych w postaci defensyn (polipeptydów antybakteryjnych) na skutek wzrostu stężenia NaCl w warstwie pokrywającej nabłonek zmutowane białko CFTR może pełnić funkcję receptorową dla Pseudomonas aeruginosa ułatwiając jego internalizację
Oporność Bakteria jest naturalnie oporna na wiele antybiotyków i jest to związane ze względną nieprzepuszczalnością ściany i błony komórkowej. Naturalna oporność (z chemioterapeutyków których spektrum obejmuje bakterie Gram ujemne) obejmuje m.in. kotrimoksazol oraz wiele antybiotyków B-laktamowych.
Szczepy szpitalne mogą być oporne na większą liczbę leków dzięki plazmidom zawierającym geny oporności, które mogą być przekazywane między drobnoustrojami poprzez transdukcję i koniugację. Dotyczy to wytwarzania dużo większej ilości cefalosporynaz na skutek derepresji genu, wytwarzaniu karbapenemaz, syntezie pomp błonowych wypompowujących leki z wnętrza komórki (oporność wielolekowa na niskie stężenia leków) lub mutacji białek odpowiedzialnych za transport antybiotyku do komórekAntybiotykoterapia praktyczna. Danuta Dzierżanowska. . Wydanie IV. Strony 344-349..
Część szczepów wytwarza enzymy typu PSE (Pseudomonas specific enzyme) o wąskim spektrum substratowym, rozkładający niektóre antybiotyki beta-laktamowehttp://www.uniprot.org/uniprot/Q03170 Więcej źródeł dotyczących Pseudomonas specific enzyme znajduje się w odrębnym artykule..
Możliwe infekcje Dotyczą głównie osób z upośledzoną na skutek różnych przyczyn odpornością. infekcje w obrębie ucha środkowego i zewnętrznego (ucho pływaka) u dzieci (mogą wystąpić u osób z prawidłową odpornością) u osób z osłabioną odpornością możliwe jest rozwinięcie bakteriemii z następową sepsą zakażenia ran, zwłaszcza oparzeniowych zakażenia układu oddechowego (zwłaszcza u pacjentów z mukowiscydozą i przewlekle mechanicznie wentylowanych) zakażenie wewnątrzbrzuszne u pacjentów po zabiegach chirurgicznych zapalenie wsierdzia prawostronne u narkomanów zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych i ropień mózgu zakażenia układu moczowego zakażenia kości i stawów zakażenia gałki ocznej u pacjentów z soczewkami kontaktowymi. Pseudomonas aeruginosa jest jednym z najczęstszych patogenów wywołujących bakteryjne zapalenie rogówki.
Rozpoznanie