Возбудителем холеры является: Характеристика болезни и возбудителя холеры / КонсультантПлюс

Содержание

Холера

Холера – это острая диарейная инфекция, вызываемая бактерией Vibrio cholerae при попадании в организм зараженных пищевых продуктов или воды. Холера остается глобальной угрозой для общественного здравоохранения и одним из показателей социального неравенства и отсутствия социального развития. По оценкам исследователей, во всем мире ежегодно происходит от 1,3 до 4,0 миллиона случаев заболевания холерой и 21 000–143 000 случаев смерти от холеры1.

Симптомы

Холера – чрезвычайно опасная болезнь, которая может вызывать тяжелую острую водянистую диарею. Между попаданием в организм зараженных пищевых продуктов или воды и появлением симптомов у заболевшего проходит от 12 часов до 5 дней2. Холера поражает как детей, так и взрослых и при отсутствии лечения может за несколько часов приводить к смерти.

У большинства людей, инфицированных бактерией V. cholerae, не развивается никаких симптомов, хотя в течение 1–10 дней после инфицирования в их фекалиях присутствуют бактерии, которые, поступая обратно в окружающую среду, потенциально могут инфицировать других людей.

Если возникают симптомы, то в большинстве случаев они бывают легкими или умеренными, в то время как у меньшинства заболевших развивается острая водянистая диарея с сильным обезвоживанием. При отсутствии лечения это может привести к летальному исходу.

История

В XIX веке холера распространилась по всему миру из своего первоначального резервуара в дельте реки Ганг в Индии. В дальнейшем произошло шесть пандемий, которые унесли жизни миллионов людей на всех континентах. Текущая (седьмая) пандемия началась в 1961 г. в Южной Азии, в 1971 г. распространилась на Африку, а в 1991 г. – на Америку. В настоящее время холера является эндемической болезнью во многих странах.

Штаммы Vibrio cholerae

Существует много серогрупп V. cholerae, но только две из них – O1 и O139 – вызывают вспышки болезни. Штамм V. cholerae O1 стал причиной всех недавних вспышек. Штамм V. cholerae O139, который был впервые выявлен в Бангладеш в 1992 г., вызывал вспышки в прошлом, но в последнее время выявлялся только в спорадических случаях. Он никогда не выявлялся за пределами Азии. Болезнь, вызванная бактерией любой из двух серогрупп, протекает одинаково.

Эпидемиология, факторы риска и бремя болезни

Различают эндемическую и эпидемическую холеру. Эндемичный по холере район – это район, в котором подтвержденные случаи холеры выявлялись в течение трех последних лет и имеются фактические данные, подтверждающие местную передачу болезни (то есть, случаи не завезены откуда-либо извне). Вспышка или эпидемия холеры может возникнуть как в эндемичных странах, так и в странах, где холера не возникает регулярно.

В эндемичных по холере странах вспышка может иметь сезонный или спорадический характер и определяется как превышение ожидаемого числа случаев заболевания. В стране, где холера не возникает регулярно, вспышка определяется как появление хотя бы одного подтвержденного случая холеры с фактическими доказательствами местной передачи в районе, где холера обычно отсутствует.  

Передача холеры тесно связана с отсутствием надлежащего доступа к чистой воде и средствам санитарии. К типичным районам повышенного риска относятся примыкающие к городским кварталам трущобы, а также лагеря для внутренне перемещенных лиц и беженцев.

Последствия гуманитарного кризиса, такие как разрушение систем водоснабжения и санитарии или перемещение населения в переполненные и ненадлежащим образом оборудованные лагеря, могут повышать риск передачи холеры в случае наличия или завоза бактерий. Трупы людей, не инфицированных холерой, никогда не являлись причиной эпидемий.

Число случаев заболевания холерой, сообщения о которых поступали в ВОЗ, в последние несколько лет по-прежнему остается высоким. В 2019 г. сообщалось о 923 037 случаях в 31 стране, 1911 из которых закончились смертельным исходом3. Расхождение между этими данными и оцениваемым бременем болезни объясняется тем, что многие случаи не регистрируются из-за ограниченных возможностей систем эпиднадзора и опасений, что статистические данные могут негативным образом отразиться на торговле и туризме.

Профилактика и борьба с холерой

Решающую роль в борьбе с холерой и сокращении смертности из-за этой болезни играет многосторонний подход. Он предусматривает сочетание таких мер, как эпиднадзор, мероприятия по улучшению водоснабжения, санитарии и гигиены, мобилизация общественности, лечение и применение оральных вакцин против холеры.

Эпиднадзор

Эпиднадзор за холерой должен быть частью комплексной системы эпиднадзора за болезнями, которая предусматривает обратную связь на местном уровне и обмен информацией на глобальном уровне.

Случаи холеры выявляются на основании клинических подозрений на это заболевание у пациентов с тяжелой острой водянистой диареей. Далее подозрение подтверждается путем выявления бактерий V. cholerae в образцах кала соответствующих пациентов. Выявление случаев может быть упрощено за счет применения диагностических экспресс-тестов (ДЭТ), когда положительный результат тестирования одного или более образцов служит основанием для оповещения о случаях холеры. Образцы направляются в лабораторию на посев или на ПЦР-тест в целях подтверждения диагноза.  Местные возможности для выявления (диагностики) и мониторинга (сбора, компиляции и анализа данных) случаев заболевания играют центральную роль в обеспечении эффективной работы системы эпиднадзора и планировании мер по борьбе с холерой.

Странам, затронутым холерой, настоятельно рекомендуется укреплять эпиднадзор за болезнью и повышать уровень национальной готовности к быстрому выявлению вспышек и реагированию на них. В соответствии с Международными медико-санитарными правилами (ММСП), уведомление обо всех случаях холеры более не является обязательным. Тем не менее, события в области общественного здравоохранения, связанные с холерой, следует всегда оценивать в соответствии с критериями, приведенными в Правилах (ММСП, приложение 2 – «Схема принятия решений»), чтобы определить, существует ли необходимость в официальном уведомлении.

Дополнительную информацию о приложении 2 к ММСП можно получить по ссылке https://www. who.int/ru/publications/i/item/9789241580496

Мероприятия в области водоснабжения и санитарии

В долгосрочной перспективе решение проблемы установления контроля за холерой заключается в экономическом развитии и обеспечении всеобщего доступа к безопасной питьевой воде и надлежащей санитарии. Действия в отношении окружающей среды включают внедрение долгосрочных адаптированных рациональных решений в области водоснабжения, санитарии и гигиены (ВСГ) для обеспечения того, чтобы в высокоэндемичных районах, известных как «горячие точки», население пользовалось безопасными источниками воды, базовыми средствами санитарии и добросовестно соблюдало правила гигиены. Такие мероприятия позволяют предупреждать не только холеру, но и множество других болезней, передающихся через воду, а также способствуют достижению целей, касающихся нищеты, неполноценного питания и просвещения населения. Решения в сфере ВСГ в отношении холеры соответствуют задачам, поставленным в Целях в области устойчивого развития (ЦУР 6).

Лечение

Холера представляет собой легко излечимую болезнь. Большинство людей можно с успехом лечить, своевременно предоставляя им растворы оральных регидратационных солей (ОРС). Стандартный пакет ОРС ВОЗ/ЮНИСЕФ разводят в 1 литре (л) чистой воды. Взрослым пациентам может потребоваться до 6 л раствора ОРС в первый день лечения умеренного обезвоживания.

Пациентам с сильным обезвоживанием грозит дегидратационный шок, и им требуются срочные внутривенные вливания. Таким пациентам назначают также соответствующие антибиотики для сокращения длительности диареи, уменьшения объема необходимых регидратационных жидкостей и сокращения количества и периода выделения бактерий V. cholerae в фекалиях.

Массовое применение антибиотиков не рекомендуется, так как оно не оказывает подтвержденного воздействия на распространение холеры и может способствовать повышению устойчивости к противомикробным препаратам.

Во время вспышки холеры ключевая роль отводится быстрому доступу к лечению. Возможность оральной регидратации должна обеспечиваться в общинах, но в то же время должна существовать возможность обратиться в более крупные лечебные центры, в которых есть все необходимое для проведения внутривенных вливаний и оказания круглосуточной помощи. При своевременном и надлежащем лечении коэффициент летальности не должен превышать 1%.

Важной дополнительной терапией для детей, больных холерой, в возрасте до пяти лет служит прием препаратов цинка, которые также сокращают длительность диареи и могут в дальнейшем предупреждать эпизоды острой водянистой диареи, вызванной другими причинами. 

Следует также поощрять грудное вскармливание. 

Укрепление навыков гигиены и мобилизация общественности

Кампании санитарного просвещения, адаптированные к местной культуре и верованиям, должны способствовать выполнению надлежащих правил гигиены, таких как мытье рук с мылом, безопасное приготовление и хранение пищевых продуктов и безопасное удаление детских фекалий. Похороны людей, умерших от холеры, должны быть организованы так, чтобы избежать инфицирования присутствующих на церемонии.

Помимо этого, во время вспышек болезни следует организовывать кампании по повышению осведомленности населения и предоставлять общинам информацию о потенциальном риске и симптомах холеры, профилактических мерах во избежание заражения, а также о том, куда и когда следует сообщать о выявленных случаях и о том, что при появлении симптомов нужно без промедления обращаться за медицинской помощью. Необходимо также распространять информацию о местоположении соответствующих пунктов оказания медицинской помощи.

Вовлечение местных сообществ является ключевым условием для долгосрочных изменений в поведении людей и достижения успеха в борьбе с холерой. 

Оральные вакцины против холеры

В настоящее время существуют три оральные вакцины против холеры, прошедшие предварительную квалификацию ВОЗ: Dukoral®, Shanchol™ и Euvichol-Plus®5.  Для обеспечения полной защиты от болезни все три упомянутые вакцины должны предоставляться в двухдозовом режиме4.

Dukoral® применяется в буферном растворе, для приготовления которого требуется 150 мл чистой воды, если речь идет о взрослых пациентах. Dukoral® можно назначать всем лицам старше двух лет. Интервал между приемами каждой дозы должен составлять как минимум семь дней, но не более шести недель. Дети в возрасте от двух до пяти лет должны получать третью дозу. Dukoral® в основном используется людьми, совершающими поездки. Две дозы Dukoral® обеспечивают защиту от холеры в течение двух лет.

Shanchol™ и Euvichol-Plus®, с точки зрения их формулы, представляют собой одну и ту же вакцину, выпускаемую двумя разными производителями. Для их применения не требуется буферного раствора. Они предоставляются всем лицам старше одного года. Интервал между приемами каждой дозы этих двух вакцин должен составлять не менее двух недель. Две дозы Shanchol™ и Euvichol-Plus® обеспечивают защиту от холеры в течение трех лет, между тем как одна доза обеспечивает кратковременную защиту.  

Вакцина Shanchol™ прошла процедуру преквалификации для использования ее в рамках системы с регулируемой температурой, которая является инновационным подходом к обращению с вакцинами, позволяющим хранить вакцины при температурах за пределами стандартной холодовой цепи с температурой от +2°C до +8°C в течение ограниченного периода времени при условии мониторинга и контроля.

Дополнительную информацию о системе с регулируемой температурой можно получить по ссылке https://www.who.int/immunization/programmes_systems/
supply_chain/ctc/en/ – на английском языке

Именно вакцины Shanchol™ и Euvichol-Plus® в настоящее время доступны для проведения кампаний массовой вакцинации благодаря формированию глобального запаса оральных вакцин против холеры при поддержке Альянса по вакцинам GAVI.

В документе ВОЗ с изложением позиции в отношении вакцин против холеры, выпущенном в августе 2017 г. и основанном на имеющихся фактических данных, отмечается следующее: 

  • оральные вакцины против холеры должны использоваться в эндемичных по холере районах, в гуманитарных кризисных ситуациях с высоким риском заболевания холерой и во время вспышек холеры – всегда в сочетании с другими стратегиями по профилактике и борьбе с холерой.

Вакцинация не должна нарушать хода других высокоприоритетных вмешательств в области здравоохранения, направленных на борьбу со вспышками холеры и их предупреждение.

В рамках массовых кампаний вакцинации было использовано более 70 миллионов доз оральных вакцин против холеры. Эти кампании проводились в районах, охваченных вспышкой болезни, в районах с повышенной уязвимостью во время гуманитарных кризисов, а также среди населения, живущего в высокоэндемичных районах, известных как «горячие точки».

Дополнительную информацию о вакцинах против холеры можно получить по ссылке http://www.who.int/cholera/vaccines/en/ – на английском языке

Документ с изложением позиции ВОЗ в отношении оральных вакцин против холеры можно найти по ссылке http://www.who.int/wer/2017/wer9234/en/ – на английском языке

Деятельность ВОЗ

В 2014 г. Глобальная целевая группа по борьбе с холерой, Секретариат которой функционирует на базе ВОЗ, получила новый импульс для активизации своей деятельности. Глобальная целевая группа представляет собой сеть, состоящую из более чем 50 партнеров, в том числе академических учреждений, неправительственных организаций и учреждений системы ООН, активно участвующих в мероприятиях по борьбе с холерой на глобальном уровне.

Силами Глобальной целевой группы по борьбе с холерой и при поддержке доноров ВОЗ проводит работу по следующим направлениям:

  • оказание поддержки разработке и осуществлению глобальных стратегий в целях содействия наращиванию потенциала для профилактики холеры и борьбы с ней в глобальных масштабах;
  • предоставление платформы для обмена техническими знаниями, координации деятельности и сотрудничества в области связанных с холерой мероприятий в целях укрепления потенциала стран для профилактики холеры и борьбы с ней;
  • оказание поддержки странам в целях внедрения эффективных стратегий по борьбе с холерой и мониторинга прогресса;
  • распространение технических руководящих принципов и оперативных руководств;
  • содействие разработке программы научных исследований с акцентом на оценку инновационных подходов к профилактике холеры и борьбе с ней в затронутых странах;
  • привлечение дополнительного внимания к холере как важной проблеме глобального общественного здравоохранения путем распространения информации о профилактике холеры и борьбе с ней, а также проведение информационно-разъяснительной работы и мероприятий по мобилизации ресурсов в поддержку профилактики холеры и борьбы с ней на национальном, региональном и глобальном уровнях.

Дополнительную информацию о Глобальной целевой группе по борьбе с холерой можно получить по ссылке http://www.gtfcc.org – на английском языке

Ликвидация холеры: дорожная карта до 2030 г. 

В октябре 2017 г. партнеры Глобальной целевой группы представили стратегию по борьбе с холерой «Ликвидация холеры: дорожная карта до 2030 г.». Разработанная по инициативе стран стратегия предусматривает сокращение смертности от холеры на 90% и элиминацию холеры не менее чем в 20 странах к 2030 г. 

Глобальная дорожная карта акцентирует внимание на трех стратегически важных аспектах: 

  1. Ранее обнаружение вспышек и быстрое принятие ответных мер для их сдерживания. Данная стратегия направлена на сдерживание вспышек, где бы они ни возникали, за счет раннего выявления и быстрого принятия многосекторальных ответных мер, в том числе по вовлечению местных сообществ, укреплению эпиднадзора и потенциала лабораторий, обеспечению готовности систем здравоохранения и поставок, а также оказанию поддержки бригадам быстрого реагирования.
  2. Адресный многосекторальный подход для предупреждения повторного появления холеры. Глобальная стратегия призывает страны и партнеров обращать особое внимание на холерные «горячие точки» – сравнительно небольшие районы, наиболее серьезно затронутые холерой. Передачу холеры в этих районах можно остановить при помощи ряда мер, в том числе за счет мероприятий по улучшению водоснабжения, санитарии и гигиены, и путем применения оральных вакцин против холеры.
  3. Эффективный механизм координации технической поддержки, информационно-разъяснительной работы, мобилизации ресурсов и установления партнерских отношений на местном и глобальном уровнях. Глобальная целевая группа служит надежным механизмом содействия странам в активизации усилий по борьбе с холерой, опираясь на разработанные по инициативе стран межсекторальные программы по борьбе с холерой и оказывая им поддержку в виде кадровых, технических и финансовых ресурсов.

В мае 2018 г. на семьдесят первой сессии Всемирной ассамблеи здравоохранения была принята резолюция в поддержку борьбы с холерой, одобряющая стратегию «Ликвидация холеры: дорожная карта до 2030 г. ».

Дополнительную информацию о стратегии можно получить по ссылке http://www.who.int/entity/cholera/publications/global-roadmap.pdf?ua=1 – на английском языке

Комплекты для мероприятий по борьбе с холерой

ВОЗ разработала набор комплектов для мероприятий по борьбе с холерой в целях обеспечения действенного и эффективного использования материалов, необходимых для расследования и подтверждения вспышек холеры, а также для лечения пациентов.

После консультации с партнерами, занимающимися осуществлением практических мероприятий, в 2016 г. ВОЗ пересмотрела состав комплектов с тем, чтобы они в большей степени соответствовали потребностям на местах. Речь идет о шести комплектах:

  • 1 – для проведения исследований;
  • 1 – с материалами для лабораторного подтверждения результатов анализа на посев;
  • 3 – для лечения на общинном, периферийном и центральном уровнях;
  • 1 комплект со вспомогательными материалами, такими как лампы на солнечных батареях, заграждения, мягкие резервуары и краны для воды.

Каждый комплект для лечения содержит достаточное количество материалов для лечения 100 пациентов. Пересмотренные комплекты для мероприятий по борьбе с холерой предназначены для помощи в подготовке к потенциальной вспышке холеры и оказания поддержки на начальном этапе ответных мер в течение первого месяца их осуществления.

Дополнительную информацию о комплектах для мероприятий по борьбе с холерой можно получить по ссылке http://www.who.int/cholera/kit/en/ – на английском языке


1 Updated global burden of cholera in endemic countries.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4455997/
Ali M, Nelson AR, Lopez AL, Sack D. (2015). PLoS Negl Trop Dis 9(6): e0003832. doi:10.1371/journal.pntd.0003832.

The incubation period of cholera: a systematic review.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23201968
Azman AS, Rudolph KE, Cummings DA, Lessler J. J Infect. 2013;66(5):432-8. doi: 10.1016/j.jinf.2012.11.013. PubMed PMID: 23201968; PubMed Central PMCID: PMC3677557.

3 Cholera Annual Report 2019
Weekly Epidemiological Record N° 37, 11 September 2020, Vol. 95 (pp 441-448).

4 Cholera vaccines: WHO position paper – August 2017
http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/258764/1/WER9234-477-498.pdf
Weekly Epidemiological Record N° 34, 25 August 2017, Vol. 92 (pp 477–500).

Холера: симптомы и течение болезни

Существует два типа вибрионов — классический и Эль-Тор — и оба они представляют опасность для человека. Они являются частью флоры многих водоемов, обнаруживаются даже в Москве-реке. Определяющий вопрос — количество этих вибрионов в единице объема воды. Чтобы заболеть холерой, надо проглотить от миллиона до триллиона микроорганизмов.

Возбудитель холеры крайне неустойчив к соляной кислоте, которая содержится желудке человека. Однако если кислотность понижена (например, при атрофическом гастрите) или соляная кислота значительно разведена (при употреблении большого количества жидкости), количество вибрионов, необходимое для инфицирования, снижается в 100 тысяч раз.

Холера периодически распространялась на многие страны мира и целые континенты, уносила миллионы человеческих жизней; последняя, седьмая, пандемия болезни началась в 1961 году. Эпидемическая ситуация по холере в мире остается напряженной, ежегодно заболевает до нескольких тысяч человек. В странах Южной и Юго-Восточной Азии и в ряде стран Африки (на африканском континенте регистрируется более половины случаев заболевания) существуют эндемические очаги холеры и периодически возникают эпидемии.

Клиническая выраженность 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 и бессимптомная форма носительства — когда человек не чувствует себя больным, но выделяет во внешнюю среду огромное количество возбудителей.

Классическая картина холеры — это частый, до 10 и более раз в сутки, понос. Потеря жидкости колоссальна — до 20 литров в сутки.

В результате 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.

Лечение проводится в инфекционных стационарах, хотя из-за редкости передачи заболевания непосредственно от больного человека к здоровому эксперты ВОЗ считают возможным размещать подобных пациентов в обычных терапевтических палатах. Следует отметить, что в последнее время до 90% холеры протекает в легкой форме.

Основа лечения — восполнение потери жидкости и микроэлеметов, поддержание водно-электролитного и кислотно-щелочного балансов в организме. Антибиотики — лишь дополнительное средство лечения, вибрион до сих пор чувствителен к обычному тетрациклину. Благодаря комплексной терапии смертность от холеры в настоящее время не превышает 1%.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Холера

Холера – это острое инфекционное заболевание, которое проявляется обильной диареей с последующим обезвоживанием организма.

Заражение происходит через воду, морепродукты и другую пищу, инфицированную фекалиями больных холерой. Возбудителем заболевания является вибрион холеры.

Современная система очистки воды позволяет предотвратить заражение, поэтому холера обычно встречается в развивающихся странах, где есть проблемы с водопроводными сетями.

Чаще всего холерой заболевают дети.

Болезнь легко устраняется с помощью вакцины, однако без лечения она может приводить к летальному исходу в течение нескольких часов.

Синонимы английские

Cholera.

Симптомы

У большинства людей, зараженных холерным вибрионом, не возникает выраженных симптомов. При этом в течение 7-14 дней вместе со стулом инфицированные люди выделяют вибрион холеры, который может заразить воду. Чаще всего после заражения бактерией возникает умеренная, быстро проходящая диарея. Лишь у 10  % больных симптомы заболевания, проявляясь через 2-3 дня после заражения, являются достаточно выраженными:

  • обильная водянистая диарея с выделением белой непрозрачной жидкости без запаха,
  • рвота,
  • сильная жажда, сухость во рту, мышечные судороги, уменьшение количества мочи, слабость, вялость кожи, западение глазных яблок, сморщивание кожи пальцев – признаки, связанные с обезвоживанием организма и с потерей электролитов.

При отсутствии лечения могут возникать:

  • шок – угрожающее жизни состояние, характеризующееся малым объемом циркулирующей в организме крови (гиповолемией), снижением количества кислорода и крайне низким кровяным давлением,
  • тяжелое поражение почек (вследствие гиповолемии).

Для детей, кроме перечисленных симптомов, при холере характерны:

  • сильная сонливость или кома,
  • лихорадка,
  • судороги.

Общая информация о заболевании

Холера – это острое инфекционное заболевание тонкого кишечника, которое проявляется диареей и последующим обезвоживанием. Оно вызывается холерным вибрионом. Заражение происходит через употребление содержащей бактерии воды, реже – через морепродукты, фрукты, овощи, зерна и другую пищу, инфицированную фекалиями больных людей.

Инфицированный человек, даже при отсутствии симптомов, выделяет бактерии со стулом в течение 7-14 дней. Бактерии, вызывающие холеру, могут сохраняться в стоячей воде (в колодце, озере) в течение длительного времени. Кроме того, попадая в открытые воды, вибрион холеры прикрепляется к крошечным ракообразным (копеподам), с которыми путешествует, распространяясь по всему миру, так как ракообразные следуют за своим источником питания – водорослями, растущими в различных местах.

Заболевание чаще всего встречается в районах с плохими санитарными условиями, где вода не проходит должной очистки. В развитых странах случаи холеры очень редки.

Чувствительность к бактерии может быть различной, она выше у людей с первой группой крови. Больше всего холере подвержены дети.

Вибрион холеры, попадая в организм, движется по пищеварительному тракту. Часть бактерий погибает под воздействием желудочного сока, часть проникает в тонкий кишечник, начинает размножаться и выделять холерный токсин, который при массивном заражении вызывает выделение жидкости и электролитов (натрия, калия, хлора и др.) в просвет тонкой кишки. Это приводит к диарее с последующим обезвоживанием и потерей электролитов.

Холера может вызывать следующие осложнения.

  • Гипогликемия – низкий уровень сахара в крови. Глюкоза является основным источником энергии в организме, поэтому гипогликемия опасна для жизни.
  • Гипокалиемия – низкий уровень калия в крови. При холере происходит потеря калия со стулом. Крайне низкий уровень калия ведет к нарушению работы сердца и нервной системы и представляет угрозу для жизни.
  • Почечная недостаточность, которая может приводить к накоплению в организме азотистых шлаков и, как следствие, к шоку – угрожающему жизни состоянию.
  • Смерть. Не получая лечения, больной может умереть от обезвоживания и шока в течение пары дней, а в наиболее тяжелых случаях – через несколько часов.

Кто в группе риска?

  • Жители регионов с плохими санитарными условиями, где вода не проходит должных степеней очистки.
  • Лица со сниженным уровнем выработки желудочного сока: вибрион холеры не является кислотоустойчивым, и бактерии, попадая в желудок, частично уничтожаются желудочным скоком.
  • Люди, проживающие с больным холерой.
  • Лица с первой группой крови. Риск развития холеры в данном случае будет выше в два раза.
  • Те, кто употребляет сырых моллюсков и морепродукты.

Диагностика

Для постановки диагноза проводится анализ кала или рвотных масс, направленный на выявление в нем вибриона холеры (он имеет вид запятой). Также необходимо измерять уровни электролитов, остаточного азота и мочевины.

Лабораторные исследования

  • Исследование под микроскопом испражнений или рвотных масс.
  • Посев рвотных масс или отделяемого из кишечника. Анализ предполагает помещение кала или рвотных масс в питательную среду, где бактерии начинают быстро размножаться и становятся доступными визуальной оценке.
  • Исследование мазка методом иммунофлюоресценции. В полученный материал добавляются меченые антитела (молекулы, специфически связывающиеся с вибрионом холеры). Под воздействием ультрафиолетового излучения комплекс из бактерий, «склеенных» с антителами, дает характерное зеленоватое свечение, что говорит о присутствии вибриона холеры во взятом материале.

В целях оценки степени обезвоживания организма и функции почек проводятся следующие анализы.

  • Калий, натрий, хлор в сыворотке. Необходимо контролировать уровень электролитов в крови, так как их выраженное снижение может приводить к тяжелым осложнениям.
  • Креатинин и мочевина в сыворотке. Снижение уровня креатинина и мочевины указывает на развитие почечной недостаточности.

Лечение

Холера требует незамедлительного лечения, являясь опасным для жизни заболеванием.

Лечение включает в себя регидратацию – восполнение потерянной жидкости и электролитов. Регидратация может проводиться орально или внутривенно в виде капельниц. После восполнения воды ее нормальный уровень продолжает поддерживаться специальными растворами.

Также проводится терапия антибиотиками, снижающими длительность заболевания и диареи (тетрациклином, доксициклином, фуразолидоном).

Профилактика

  • Необходимо мыть руки с мылом после посещения туалета, перед едой, вернувшись с улицы.
  • Употребление только очищенной воды, кипяченой или фильтрованной, позволит избежать заражения. Молоко следует употреблять пастеризованное.
  • Не следует употреблять сырые фрукты и овощи из областей, где бывают вспышки холеры.
  • Целесообразно избегать употребления суши, сырых или недостаточно обработанных морепродуктов.
  • Для предотвращения инфицирования перед путешествием в зараженную область используют вакцину против холеры.

Рекомендуемые анализы

  • Натрий в сыворотке
  • Хлор в сыворотке
  • Калий в сыворотке
  • Мочевина в сыворотке

Литература

  • Dan L. Longo, Dennis L. Kasper, J. Larry Jameson, Anthony S. Fauci, Harrison’s principles of internal medicine (18th ed.). New York: McGraw-Hill Medical Publishing Division, 2011.

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]


Холера: меры профилактики заболевания

08.06.2011  Просмотров: 20841

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. Меры профилактики

Что такое холера?

Холера является диарейным заболеванием, развивающимся в результате инфицирования кишечника бактерией Vibrio cholerae. Холерой могут заболеть как взрослые, так и дети.

В большинстве случаев инфекция либо только вызывает легкую диарею, либо не имеет каких-либо симптомов проявления. Однако в 5-10 % случаев через 6 часов – 5 дней после попадания в организм возбудителя у пациентов развивается тяжелая водянистая диарея и рвота. В этих случаях потеря больших количеств жидкости может быстро привести к тяжелому обезвоживанию организма. При отсутствии надлежащего лечения через несколько часов может наступить смерть.

 Как передается холера?

Человек может заразиться холерой при употреблении воды или пищевых продуктов, зараженных возбудителем. Чаще всего факторами передачи возбудителя пищевого происхождения являются сырые или не прошедшие достаточную тепловую обработку морепродукты, свежие фрукты и овощи, а также другие продукты, зараженные во время их приготовления или хранения.

Возбудитель может также находиться в окружающей среде, а именно в реках с солоноватой водой и прибрежных водах. Поэтому, в районах, где не проводится надлежащая обработка сточных вод, низкая санитарная культура и отсутствие запасов питьевой воды надлежащего качества, болезнь может быстро распространяться.

Где существует риск заражения?

Во многих странах холера остается постоянной угрозой для здоровья. Так, начиная с 2007 по 2016 гг. холера зарегистрирована в 101 стране, в том числе в странах Азии, Африки, Америки, Австралии и Океании. С начала текущего года отмечается эпидемиологическое неблагополучие по данному заболеванию в Йемене, где с начала года зарегистрировано свыше 100 тыс. случаев заболевания, около 800 из которых закончились летальным исходом.

Заболевание может возникнуть в любой части мира, где отсутствует надлежащее водоснабжение, санитария, безопасность пищевых продуктов и гигиена.

 Меры профилактики заражения холерой.

  • Основной мерой профилактики холеры является соблюдение правил личной гигиены и безопасного приготовления пищи. Эти правила включают тщательное мытье рук, особенно перед приготовлением пищи и едой, надлежащую термическую обработку продуктов и их употребление в пищу в горячем виде, кипячение или специальную обработку питьевой воды, а также использование средств санитарии и личной гигиены.
  • Отправляясь в путешествие, уделяйте особое внимание выборубезопасных пищевых продуктов и воды (в том числе и льда). Если же выбранный продукт нельзя вскипятить, сварить/пожарить и очистить (от кожицы, корки и т.п.), то лучше отказаться от его употребления.
  • Пейте только кипяченую или питьевую воду надлежащего качества (бутилированная вода фабричного производства).
  • Не употребляйте лед, если вы не уверены, что он сделан из безопасной воды.
  • Употребляйте в пищу горячие продукты, прошедшие тщательную тепловую обработку. Приготовленные пищевые продукты, оставленные в течение нескольких часов при комнатной температуре, без дополнительного разогревания могут стать источником инфекции.
  • Не употребляйте в пищу сырые морепродукты и другие продукты в сыром виде. Исключение составляют фрукты и овощи, которые вы должны собственноручно очистить (от кожицы, корки и т.п.).
  • Прежде чем пить не пастеризованное молоко, прокипятите его.

Не купайтесь в загрязненных водоемах, а также в местах, не установленных для купания. При купании постарайтесь не заглатывать воду.

Холера: что это такое, симптомы, диагностика, лечение, профилактика

До 1817 года эта инфекция бушевала только в дельте Ганга, забирая жизни миллионов людей.  Перемены в климате, развитие торговых отношений между Европой и Азией привели к тому, что заболевание распространилось за пределы Индии. Около сотни стран мира ежегодно регистрируют вспышки данной болезни. Несмотря на все усилия медицинского сообщества, одержать полную победу над ней всё ещё не удаётся.

Говорим о холере.

Что скрывается за диагнозом «холера»

Отнесённое к острым кишечным инфекциям, заболевание возникает при попадании в организм пищи, воды, обсеменённых бактерией Vibrio cholerae, которая является непосредственной причиной развития холеры. Характерной особенностью болезни является сильная диарея и многократная рвота, вследствие чего стремительно нарастает обезвоживание организма. ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) относит холеру к разряду карантинных инфекций, так как она имеет тенденцию к эпидемическому распространению и сопровождается высокой летальностью.

Передача возбудителя холеры обычно обусловлена низким уровнем условий проживания: отсутствием необходимого доступа к чистой воде и антисанитарией. Именно поэтому почти каждая развивающаяся страна сталкивается сегодня со вспышками инфекции или угрозой возникновения эпидемии холеры.

Типичная клиническая картина с признаками тяжёлого обезвоживания развивается у одного человека из пяти заболевших. В остальных случаях её практически невозможно отличить от других форм острой диареи.

Примечателен тот факт, что далеко не все лица, инфицированные возбудителем холеры, заболевают.

 

Передача возбудителя холеры обычно обусловлена

низким уровнем условий проживания:

отсутствием необходимого доступа к чистой воде и антисанитарией

 

Как распространяется холера

Резервуаром и источником инфекции является больной человек или транзиторный носитель инфекции, выделяющие бактерии наружу с рвотными и каловыми массами. Передаётся бытовым, водным и пищевым путём. Заметно увеличивается риск развития холеры при купании в грязных водоёмах, употреблении загрязнённой воды и сырых морепродуктов. Лица, страдающие гастритами с пониженной кислотностью, также подвержены заражению.

Подробнее о гастрите можно прочитать в нашей статье

Социальные катаклизмы, стихийные бедствия, военные действия обычно сопровождаются недостатком питьевой воды в регионе и разрушением систем канализации, а это идеальная почва для активизации холерного вибриона.

Как распознать холеру

Интенсивный позыв к дефекации, сопровождаемый дискомфортом в животе, понос, рвота – первые симптомы холеры. Для холеры характерен многократный жидкий стул (зачастую без боли в животе, до 20 раз в сутки и более) в виде «рисового отвара» — прозрачной жидкости с белыми рыхлыми хлопьями. Часто диарея и рвота отмечаются на фоне нормальной или даже пониженной температуры тела. Больные жалуются на ощущение сухости во рту и жажду. Потеря большого объёма жидкости приводит к уменьшению количества мочи. При выраженном обезвоживании (дегидратации) у больных отмечаются мучительные судороги всех скелетных мышц.

Нарушение водно-электролитного баланса в результате массированной потери жидкости приводит к изменению состава крови, увеличению частоты сердечных сокращений и пульса, учащению дыхания. С первых часов больные испытывают чувство вялости, раздражительности, что объясняется влиянием обезвоживания и токсинов на работу нервной системы.

Диагностика холеры подразумевает проведение лабораторных исследований следующих материалов:

— рвотных и каловых масс;

— предположительно инфицированной пищи, воды;

— смывов с посуды, мебели.

Для подтверждения диагноза используются такие методы исследования, как:

— микроскопия материала;

— бактериологический посев на питательные среды;

— реакция агглютинации противохолерной О-сывороткой;

— иммунофлюоресцентный анализ;

— выявление ДНК Vibrio cholerae методом ПЦР и др.

Лечение и профилактика холеры

Больные подлежат обязательной госпитализации в инфекционное отделение и размещению в индивидуальном боксе. Все выделения больного собирают в специальную ёмкость и оценивают их объём. Эти данные позволяют врачу рассчитать необходимое количество солевых растворов, использующихся для восполнения дефицита жидкости и электролитов. В зависимости от степени дегидратации больные принимают такие растворы внутрь мелкими глотками, либо они вводятся внутривенно капельно (струйно).

Антибактериальная терапия при холере предполагает использование антибиотиков тетрациклинового ряда, цефалоспоринов, нитрофуранов на протяжении 3-5 дней.

А как обстояло дело с лечением холеры во времена, когда ещё не было хорошо известных сегодня антибиотиков, нитрофуранов? Об одном из таких методов читайте здесь

Специфическая диета при холере не предусмотрена. В первые дни заболевания назначают стол №4, после восстановления кишечной деятельности рекомендовано увеличить в рационе количество калийсодержащих продуктов (курага, бананы, цитрусовые).

При своевременном и адекватном лечении прогноз благоприятный. Трудоспособность полностью восстанавливается в течение приблизительно 30 суток. При отсутствии адекватной медицинской помощи высока вероятность быстрого летального исхода.

Соблюдение санитарно-гигиенических норм в населённых пунктах, на предприятиях питания, в районах забора воды для нужд населения способствует предупреждению развития холеры.

Уберечься от холеры можно, следуя нехитрым правилам:

— необходимо своевременно и хорошо мыть руки с мылом;

— употреблять в пищу только доброкачественные, тщательно вымытые, подвергшиеся кулинарной обработке продукты;

— пить кипячёную или обеззараженную промышленными способами воду;

— для выезжающих в очаги с высоким риском заражения холерным вибрионом разработаны меры специфической профилактики холерной вакциной и холероген-анатоксином. Холерная вакцина имеет короткий (3 — 6 мес.) период действия.

Соблюдайте правила гигиены и будьте здоровы!

Севиля Ибраимова

Статья подготовлена при информационной поддержке специалистов «Клиника Эксперт» Воронеж

Редакция рекомендует:

Вирусы и бактерии – в чём принципиальное отличие?

Россия или Британия: кто на самом деле открыл пенициллин?

Жить по мечте. Великое открытие Луи Пастера

Общая информация | Холера | ЦКЗ

Холера — острое диарейное заболевание, вызванное инфекцией кишечника токсигенной бактерией Vibrio cholerae серогруппы О1 или О139. По оценкам, ежегодно в мире происходит 2,9 миллиона случаев заболевания и 95 000 смертей. Инфекция часто протекает в легкой форме или без симптомов, но может быть и тяжелой. Примерно у 1 из 10 человек, заболевших холерой, разовьются тяжелые симптомы, такие как водянистый понос, рвота и судороги ног. У этих людей быстрая потеря жидкости организмом приводит к обезвоживанию и шоку.Без лечения смерть может наступить в течение нескольких часов.

Бактерии холеры обычно обнаруживаются в воде или пищевых продуктах, которые были загрязнены фекалиями (фекалиями) человека, инфицированного холерными бактериями. Холера чаще всего возникает и распространяется в местах с недостаточной очисткой воды, плохой санитарией и неадекватной гигиеной.

Бактерии холеры также могут обитать в окружающей среде в солоноватых реках и прибрежных водах. Моллюски, съеденные в сыром виде, были источником инфекции. Редко люди в U.С. заразились холерой после употребления в пищу сырых или недоваренных моллюсков из Мексиканского залива.

Человек может заразиться холерой при употреблении воды или пищевых продуктов, зараженных холерными бактериями. При эпидемии источником заражения обычно являются фекалии инфицированного человека, загрязняющие воду или пищу. Заболевание может быстро распространяться в районах с недостаточной очисткой сточных вод и питьевой воды. Инфекция вряд ли передается напрямую от одного человека к другому; следовательно, случайный контакт с инфицированным человеком не является фактором риска заболевания.

Заражение холерой часто протекает в легкой форме или бессимптомно, но может быть и тяжелым. Примерно у 1 из 10 человек, заболевших холерой, разовьются тяжелые симптомы, такие как водянистый понос, рвота и судороги ног. У этих людей быстрая потеря жидкости организмом приводит к обезвоживанию и шоку. Без лечения смерть может наступить в течение нескольких часов.

Обычно симптомы появляются через 2-3 дня после того, как человек проглотил холерные бактерии, но это время может варьироваться от нескольких часов до 5 дней.

Люди, живущие в местах с небезопасной питьевой водой, плохими санитарными условиями и неадекватной гигиеной, подвергаются наибольшему риску заражения холерой.

Если вы подозреваете, что у вас или члена вашей семьи может быть холера, немедленно обратитесь за медицинской помощью. Обезвоживание может быть быстрым, поэтому восполнение жидкости необходимо. Если у вас есть раствор для пероральной регидратации (ОРС), немедленно начните его принимать; это может спасти жизнь. Продолжайте пить ОРС дома и во время поездок для получения медицинской помощи. Если у младенца водянистая диарея, продолжайте кормить его грудью.

Чтобы провести анализ на холеру, врачи должны взять образец кала или ректальный мазок и отправить его в лабораторию для поиска холерных бактерий.

Холеру можно просто и успешно лечить путем немедленного возмещения жидкости и солей, потерянных при диарее. Пациентов можно лечить раствором для пероральной регидратации (ОРС), расфасованной смесью сахара и солей, которую смешивают с 1 литром воды и выпивают в больших количествах. Этот раствор используется во всем мире для лечения диареи.В тяжелых случаях также требуется внутривенное восполнение жидкости. При своевременной адекватной регидратации менее 1% больных холерой умирают.

Антибиотики сокращают течение и уменьшают тяжесть болезни, но они не так важны, как регидратация. Лица, у которых развивается тяжелая диарея и рвота в странах, где распространена холера, должны немедленно обратиться за медицинской помощью.

Болезнь вряд ли будет передаваться напрямую от одного человека к другому; следовательно, случайный контакт с инфицированным человеком не является фактором риска заболевания.

Будьте в курсе, были ли в последнее время случаи холеры в районе, который вы планируете посетить. Однако риск заболеть холерой очень низок для людей, посещающих районы с эпидемией холеры, если предпринимаются простые профилактические меры.

Все посетители или жители районов, где холера встречается или имела место, должны следовать рекомендациям по предотвращению заболевания:

  • Пейте только бутилированную, кипяченую или химически обработанную воду и напитки в бутылках или банках. При использовании напитков в бутылках убедитесь, что пломба не нарушена.Газированная вода может быть безопаснее негазированной. Избегайте воды из-под крана, газированных напитков и кубиков льда.
  • Чтобы продезинфицировать собственную воду, выберите один из следующих вариантов:
    • Кипятить 1 минуту, или
    • Профильтруйте и добавьте ½ таблетки йода или 2 капли хозяйственного отбеливателя на литр/кварту воды, или
    • Используйте коммерческие таблетки для хлорирования воды в соответствии с инструкциями производителя.
  • Часто мойте руки с мылом и чистой водой, особенно перед едой или приготовлением пищи и после посещения туалета.
    • Если нет воды и мыла, используйте дезинфицирующее средство для рук на спиртовой основе с содержанием спирта не менее 60%.
  • Используйте бутилированную, кипяченую или химически обработанную воду для мытья посуды, чистки зубов, мытья и приготовления пищи, а также приготовления льда.
  • Ешьте упакованные или свежеприготовленные продукты, подаваемые горячими.
    • Не ешьте сырое или недоваренное мясо и морепродукты, а также сырые или недоваренные фрукты и овощи, если они не очищены.
  • Утилизируйте фекалии санитарным способом, чтобы предотвратить загрязнение воды и источников пищи.
  • Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило external icon однократную живую пероральную противохолерную вакцину Vaxchora ® (лиофилизированный CVD 103-HgR) для взрослых в возрасте 18–64 лет, направляющихся в район активной передачи токсигенного Vibrio cholerae O1 ( штамм, который чаще всего вызывает холеру). Вакцина обычно не рекомендуется для большинства путешественников из Соединенных Штатов, потому что очень немногие посещают районы активной передачи холеры.Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) одобрила три другие пероральные инактивированные или неживые вакцины против холеры, Dukoral ® , ShanChol ® и Euvichol-Plus ® / Euvichol ® , для поставок в ООН, но эти вакцины недоступны в Соединенных Штатах. Никакая вакцина против холеры не обеспечивает 100% защиты, и вакцинация против холеры не заменяет стандартные меры профилактики и контроля, включая меры предосторожности в отношении пищевых продуктов и воды.
  • Для получения дополнительной информации посетите страницу вакцин.
  • Холера была широко распространена в Соединенных Штатах в 1800-х годах, но современные системы очистки воды и сточных вод позволили предотвратить ее распространение через воду. Очень редко люди в США заболевают холерой после употребления в пищу сырых или недоваренных моллюсков из Мексиканского залива.
  • Тем не менее, американские путешественники в районы с эпидемией холеры (например, в части Африки, Азии и Латинской Америки) могут подвергаться воздействию бактерий холеры, и у них может развиться заболевание по прибытии домой.Некоторые путешественники привозят домой из-за границы зараженные морепродукты, что приводит к холере.
  • Органы общественного здравоохранения США и других стран работают над усилением эпиднадзора за холерой, расследованием вспышек холеры и реагированием на них, а также над разработкой и внедрением профилактических мер по всему миру. Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) расследуют эпидемию холеры везде, где она возникает, по приглашению пораженной страны и обучают лабораторных работников надлежащим методам идентификации Vibrio cholerae .Кроме того, CDC предоставляет информацию о диагностике, лечении и профилактике холеры должностным лицам системы здравоохранения и информирует общественность об эффективных профилактических мерах.
  • Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Глобальная целевая группа по борьбе с холерой (GTFCC) вместе с партнерами и различными заинтересованными сторонами запустили программу «Покончить с холерой» — глобальную дорожную карту до 2030 г. — беспрецедентную инициативу по борьбе с распространением холеры и сокращению ее распространения во всем мире. В этом комплексном плане определены приоритеты по снижению смертности от холеры на 90% и прекращению передачи инфекции в 20 странах к 2030 году.Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) поддерживают глобальную стратегию, участвуя в рабочих группах целевых групп по водоснабжению, санитарии и гигиене (WASH), ведению больных, эпидемиологии и эпиднадзору, лабораторным и пероральным вакцинам против холеры.
  • Агентство США по международному развитию спонсирует некоторые международные мероприятия правительства США и предоставляет пострадавшим странам медикаменты, воду, средства санитарии и гигиены.
  • Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов тестирует импортных и отечественных моллюсков на наличие V.cholerae и следит за безопасностью залежей моллюсков в США в рамках программы санитарии моллюсков.

Холера — симптомы и причины

Обзор

Холера — это бактериальное заболевание, обычно распространяющееся через зараженную воду. Холера вызывает сильную диарею и обезвоживание. При отсутствии лечения холера может привести к летальному исходу в течение нескольких часов даже у ранее здоровых людей.

Современная система очистки сточных вод и воды практически ликвидировала холеру в промышленно развитых странах.Но холера все еще существует в Африке, Юго-Восточной Азии и на Гаити. Риск эпидемии холеры наиболее высок, когда бедность, война или стихийные бедствия вынуждают людей жить в тесноте без надлежащих санитарных условий.

Холера легко лечится. Смерть от сильного обезвоживания можно предотвратить с помощью простого и недорогого раствора для регидратации.

Товары и услуги

Показать больше продуктов Mayo Clinic

Симптомы

Большинство людей, контактировавших с бактерией холеры (Vibrio cholerae), не заболевают и не знают, что инфицированы.Но поскольку они выделяют бактерии холеры со своим стулом в течение семи-четырнадцати дней, они все еще могут заразить других через зараженную воду.

Большинство случаев холеры, которые вызывают симптомы, вызывают легкую или умеренную диарею, которую часто трудно отличить от диареи, вызванной другими проблемами. У других развиваются более серьезные признаки и симптомы холеры, обычно в течение нескольких дней после заражения.

Симптомы холерной инфекции могут включать:

  • Диарея. Диарея, связанная с холерой, возникает внезапно и может быстро вызвать опасную потерю жидкости — до кварты (около 1 литра) в час.Диарея, вызванная холерой, часто имеет бледный молочный вид, напоминающий воду, в которой промыли рис.
  • Тошнота и рвота. Рвота возникает особенно на ранних стадиях холеры и может длиться часами.
  • Обезвоживание. Обезвоживание может развиться в течение нескольких часов после появления симптомов холеры и может варьироваться от легкого до тяжелого. Потеря 10% и более массы тела указывает на тяжелое обезвоживание.

    Признаки и симптомы обезвоживания при холере включают раздражительность, утомляемость, запавшие глаза, сухость во рту, сильную жажду, сухую и сморщенную кожу, которая медленно приходит в норму при сжатии в складку, редкое мочеиспускание или его отсутствие, низкое кровяное давление и нерегулярное сердцебиение .

Обезвоживание может привести к быстрой потере минералов в крови, которые поддерживают баланс жидкости в организме. Это называется электролитным дисбалансом.

Электролитный дисбаланс

Электролитный дисбаланс может привести к серьезным признакам и симптомам, таким как:

  • Мышечные судороги. Они возникают в результате быстрой потери солей, таких как натрий, хлорид и калий.
  • Шок. Это одно из самых серьезных осложнений обезвоживания.Это происходит, когда низкий объем крови вызывает падение артериального давления и снижение количества кислорода в организме. При отсутствии лечения тяжелый гиповолемический шок может привести к смерти за считанные минуты.

Когда обратиться к врачу

В промышленно развитых странах риск заболевания холерой незначителен. Даже в районах, где он существует, вы вряд ли заразитесь, если будете следовать рекомендациям по безопасности пищевых продуктов. Тем не менее, случаи холеры происходят во всем мире. Если у вас развилась тяжелая диарея после посещения района с активной холерой, обратитесь к врачу.

Если у вас диарея, особенно сильная диарея, и вы думаете, что могли заразиться холерой, немедленно обратитесь за медицинской помощью. Сильное обезвоживание — это неотложная медицинская помощь, требующая немедленной помощи.

Причины

Бактерия Vibrio cholerae вызывает инфекцию холеры. Смертельные последствия болезни являются результатом токсина, который бактерии вырабатывают в тонком кишечнике. Токсин заставляет организм выделять огромное количество воды, что приводит к диарее и быстрой потере жидкости и солей (электролитов).

Бактерии холеры могут не вызывать заболевания у всех людей, подвергшихся их воздействию, но они все же передают бактерии со своим стулом, который может загрязнять пищу и воду.

Загрязненные источники воды являются основным источником заражения холерой. Бактерию можно найти в:

  • Поверхностная или колодезная вода. Загрязненные общественные колодцы являются частыми источниками крупномасштабных вспышек холеры. Люди, живущие в тесноте без надлежащих санитарных условий, особенно подвержены риску.
  • Морепродукты. Употребление в пищу сырых или недоваренных морепродуктов, особенно моллюсков, происходящих из определенных мест, может подвергнуть вас воздействию бактерий холеры. Самые недавние случаи холеры в Соединенных Штатах были связаны с морепродуктами из Мексиканского залива.
  • Сырые фрукты и овощи. Сырые неочищенные фрукты и овощи являются частым источником заражения холерой в районах, где есть холера. В развивающихся странах некомпостированные навозные удобрения или оросительная вода, содержащая неочищенные сточные воды, могут загрязнять урожай в поле.
  • Зерно. В регионах, где холера широко распространена, такие зерна, как рис и просо, зараженные после приготовления и хранящиеся при комнатной температуре в течение нескольких часов, могут размножаться холерными бактериями.

Факторы риска

Все люди восприимчивы к холере, за исключением младенцев, которые получают иммунитет от кормящих матерей, ранее болевших холерой. Тем не менее, некоторые факторы могут сделать вас более уязвимыми к болезни или более склонными к серьезным признакам и симптомам.

Факторы риска холеры включают:

  • Плохие санитарные условия. Холера, скорее всего, будет процветать в ситуациях, когда трудно поддерживать санитарную среду, включая безопасное водоснабжение. Такие условия характерны для лагерей беженцев, бедных стран и районов, пострадавших от голода, войны или стихийных бедствий.
  • Пониженная или отсутствующая желудочная кислота. Бактерии холеры не могут выжить в кислой среде, а обычная желудочная кислота часто служит защитой от инфекции.Но люди с низким уровнем желудочной кислоты, такие как дети, пожилые люди и люди, принимающие антациды, блокаторы H-2 или ингибиторы протонной помпы, не имеют этой защиты, поэтому они подвергаются большему риску холеры.
  • Бытовое облучение. Вы подвергаетесь повышенному риску заболевания холерой, если живете с больным.
  • Группа крови О. По не совсем ясным причинам люди с группой крови O в два раза чаще заболевают холерой по сравнению с людьми с другими группами крови.
  • Сырые или недоваренные моллюски. Хотя в промышленно развитых странах больше нет крупномасштабных вспышек холеры, употребление в пищу моллюсков из вод, которые, как известно, содержат бактерии, значительно увеличивает риск.

Осложнения

Холера может быстро привести к летальному исходу. В наиболее тяжелых случаях быстрая потеря большого количества жидкости и электролитов может привести к смерти в течение нескольких часов. В менее экстремальных ситуациях люди, не получающие лечения, могут умереть от обезвоживания и шока через несколько часов или дней после появления первых симптомов холеры.

Хотя шок и тяжелое обезвоживание являются самыми тяжелыми осложнениями холеры, могут возникать и другие проблемы, такие как:

  • Низкий уровень сахара в крови (гипогликемия). Опасно низкий уровень сахара в крови (глюкозы) — основного источника энергии организма — может наблюдаться, когда люди становятся слишком больными, чтобы есть. Дети подвергаются наибольшему риску этого осложнения, которое может вызвать судороги, потерю сознания и даже смерть.
  • Низкий уровень калия. Больные холерой теряют большое количество минералов, включая калий, с калом.Очень низкий уровень калия влияет на работу сердца и нервной системы и опасен для жизни.
  • Почечная недостаточность. Когда почки теряют свою фильтрующую способность, в организме накапливается избыточное количество жидкости, электролитов и отходов — потенциально опасное для жизни состояние. У больных холерой шок часто сопровождается почечной недостаточностью.

Профилактика

Холера редко встречается в Соединенных Штатах, за исключением нескольких случаев, связанных с поездками за пределы США.S. или к загрязненным и неправильно приготовленным морепродуктам из вод побережья Мексиканского залива.

Если вы едете в районы, где распространена холера, риск заражения этой болезнью чрезвычайно низок, если вы соблюдаете следующие меры предосторожности:

  • Часто мойте руки водой с мылом, особенно после посещения туалета и перед едой. Потрите влажные мыльные руки друг о друга в течение не менее 15 секунд, прежде чем смыть. Если мыло и вода недоступны, используйте дезинфицирующее средство для рук на спиртовой основе.
  • Пейте только безопасную воду, включая воду в бутылках или воду, которую вы вскипятили или продезинфицировали самостоятельно. Используйте бутилированную воду даже для чистки зубов.

    Горячие напитки, как и напитки в банках или бутылках, как правило, безопасны, но протрите их снаружи, прежде чем открывать их. Не добавляйте лед в напитки, если вы не сделали его самостоятельно из безопасной воды.

  • Ешьте полностью приготовленную и горячую пищу и по возможности избегайте еды уличных торговцев.Если вы покупаете еду у уличного торговца, убедитесь, что она приготовлена ​​в вашем присутствии и подается горячей.
  • Избегайте суши, , а также сырой или неправильно приготовленной рыбы и морепродуктов любого вида.
  • Отдавайте предпочтение фруктам и овощам, которые можно очистить самостоятельно, , таким как бананы, апельсины и авокадо. Держитесь подальше от салатов и фруктов, которые нельзя очистить, таких как виноград и ягоды.

Вакцина против холеры

Для взрослых, путешествующих из США в районы, пораженные холерой, в США доступна вакцина Vaxchora.Это жидкая доза, принимаемая внутрь не менее чем за 10 дней до поездки.

Некоторые другие страны также предлагают оральные вакцины. Свяжитесь со своим врачом или местным отделом здравоохранения для получения дополнительной информации об этих вакцинах. Даже при наличии вакцины важно соблюдать вышеуказанные меры предосторожности для предотвращения холеры.

26 февраля 2022 г.

Причины, симптомы, лечение и профилактика

Холера — это инфекционное заболевание, вызывающее сильную водянистую диарею, которая при отсутствии лечения может привести к обезвоживанию и даже смерти.Это вызвано употреблением пищи или питьевой воды, зараженной бактерией под названием Vibrio cholerae .

Холера была широко распространена в США в 1800-х годах, до того, как современные системы очистки воды и сточных вод предотвратили ее распространение через зараженную воду. Ежегодно в США регистрируется только около 10 случаев холеры, и половина из них приобретается за границей. В редких случаях зараженные морепродукты вызывают вспышки холеры в США. Однако вспышки холеры по-прежнему представляют собой серьезную проблему в других частях мира.Всемирная организация здравоохранения сообщает, что ежегодно регистрируется от 1,3 до 4 миллионов случаев заболевания.

Болезнь чаще всего встречается в местах с плохими санитарными условиями, скученностью, войной и голодом. Общие места включают части Африки, Южной Азии и Латинской Америки. Если вы путешествуете в один из этих районов, знание следующих фактов о холере может помочь защитить вас и вашу семью.

Причины холеры

Vibrio cholerae , бактерия, вызывающая холеру, обычно обнаруживается в пище или воде, загрязненных фекалиями инфицированного человека.Общие источники включают:

  • Муниципальное водоснабжение
  • Лед, приготовленный из муниципальной воды
  • Продукты питания и напитки, продаваемые уличными торговцами
  • Овощи, выращенные на воде, содержащей человеческие отходы
  • Сырая или недоваренная рыба и морепродукты, выловленные в водах, загрязненных сточными водами

Когда человек потребляет зараженную пищу или воду, бактерии выделяют токсин в кишечнике, который вызывает сильную диарею.

Маловероятно, что вы заразитесь холерой просто от случайного контакта с инфицированным человеком.

Симптомы холеры

Симптомы холеры могут проявиться через несколько часов или даже через пять дней после заражения. Часто симптомы слабо выражены. Но иногда они очень серьезные. Примерно у одного из 20 инфицированных возникает тяжелая водянистая диарея, сопровождаемая рвотой, которая может быстро привести к обезвоживанию организма. Хотя у многих инфицированных людей симптомы могут быть минимальными или отсутствовать вовсе, они все же могут способствовать распространению инфекции.

Признаки и симптомы обезвоживания включают:

Без лечения обезвоживание может привести к шоку и смерти в течение нескольких часов.

Лечение и профилактика холеры

Существует вакцина против холеры. И CDC, и Всемирная организация здравоохранения имеют конкретные рекомендации относительно того, кому следует вводить эту вакцину.

Вы можете защитить себя и свою семью, используя только кипяченую, химически обеззараженную воду или бутилированную воду. Обязательно используйте бутилированную, кипяченую или химически дезинфицированную воду для следующих целей

  • Питье
  • Приготовление пищи или напитков
  • Изготовление льда
  • Чистка зубов
  • Мытье лица и рук
  • Мытье посуды и столовых приборов использовать для еды или приготовления пищи
  • Мытье фруктов и овощей

Для дезинфекции собственной воды кипятите ее в течение одной минуты (или 3 минуты на больших высотах) или фильтруйте ее и используйте коммерческое химическое дезинфицирующее средство.Вам также следует избегать сырых продуктов, в том числе следующих:

  • Неочищенные фрукты и овощи
  • Непастеризованное молоко и молочные продукты
  • Сырое или недоваренное мясо или моллюски
  • Рыба, пойманная на тропических рифах, которая может быть загрязнена

Если вы если у вас развивается тяжелая водянистая диарея и рвота, особенно после употребления в пищу сырых моллюсков или поездки в страну, где распространена эпидемия холеры, немедленно обратитесь за медицинской помощью. Холера хорошо поддается лечению, но поскольку обезвоживание может произойти быстро, важно сразу же начать лечение от холеры.

Гидратация является основой лечения холеры. В зависимости от того, насколько серьезна диарея, лечение будет состоять из пероральных или внутривенных растворов для возмещения потерянной жидкости. Антибиотики, которые убивают бактерии, не являются частью неотложной помощи в легких случаях. Но они могут вдвое сократить продолжительность диареи, а также уменьшить выделение бактерий, тем самым помогая предотвратить распространение болезни.

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 заражения холерой 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 точно определить 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 серогрупп О1 и О139 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 пилусы (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 . Рисовый отвар обычно содержит 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 вибриона на грамм стула 32 .Таким образом, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

Таблица 1

Клинический спектр холерный вибрион инфекция

  • 9
  • бессимптомной инфекции Мягкая инфекция Тяжелая инфекция
    Симптомы Отсутствуют Понос * рвота и обильная диарея
    NOTE NOTE NOTE Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого (Гиповоомический шок)
    Характеристики стул Нормальный 99 RIOL Watere
    Вибриос на грамм стула до 10 5 до 10 8 8 10 7 до 10 9 в стул (и Vomitus)
    лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) или антибиотики
    Смертность 36 None None необработано: до 50% лечится: 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 внедряются 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, наблюдаемый 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 в 2-3 раза чаще проявляют симптомы, 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, болезнь 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). Заражение 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 заболеванием, вызванным заражением классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем на основе наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации по поводу второго эпизода холеры в это 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, о чем свидетельствует обнаружение того, что полиморфизм в промоторной области гена LPLUNC1 (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 реакцию В-клеток памяти, которая обнаруживается 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 85% защиту 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 была обратно пропорциональна уровню 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 90 382 скрытых лишая 90 383, дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. Модель имеет ограничения: она предполагает, что соотношение бессимптомных и симптоматических случаев намного выше, чем те, которые наблюдались 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 вместе 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 V. cholerae из верхних отделов тонкой кишки, выделенных с рвотными массами 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 за счет поиска 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 пытаются 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 РНК-полимеразы стационарной фазы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не нужны 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 котором добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (то есть 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 падает 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, например, в Бангладеш 7 .

    Передача с точки зрения возбудителя

    Роль гиперинфекционности в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки остается неисследованной. 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 с высокой плотностью населения, 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 , употребленных в пищу из природного резервуара окружающей среды, создают 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 во всем мире, 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 развили 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 . Было обнаружено, что два сельских района, разделенных 80 километрами в дельте реки Ганг, содержат 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 селективное 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 от хозяина или 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 , полученными in vitro и подвергнутыми диализу в прудовой воде, показали 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 из 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 вибриофагов

    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 бактериальные инфекции 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, когда начались вспышки 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 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 числа 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, идентифицированные в этом исследовании, были литическими виброфагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов виброфагов 107 .Титры виброфагов 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 отсутствует зрелый 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, будет иметь преимущество приспособленность для V. cholerae , который быстро переносится на следующего хозяина, 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) благодаря действию 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 ) со сниженной 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 в стуле из рисового отвара 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 заражения холерой 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 точно определить 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 серогрупп О1 и О139 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 пилусы (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 . Рисовый отвар обычно содержит 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 вибриона на грамм стула 32 .Таким образом, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

    Таблица 1

    Клинический спектр холерный вибрион инфекция

  • 9
  • бессимптомной инфекции Мягкая инфекция Тяжелая инфекция
    Симптомы Отсутствуют Понос * рвота и обильная диарея
    NOTE NOTE NOTE Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого (Гиповоомический шок)
    Характеристики стул Нормальный 99 RIOL Watere
    Вибриос на грамм стула до 10 5 до 10 8 8 10 7 до 10 9 в стул (и Vomitus)
    лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) или антибиотики
    Смертность 36 None None необработано: до 50% лечится: 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 внедряются 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, наблюдаемый 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 в 2-3 раза чаще проявляют симптомы, 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, болезнь 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). Заражение 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 заболеванием, вызванным заражением классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем на основе наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации по поводу второго эпизода холеры в это 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, о чем свидетельствует обнаружение того, что полиморфизм в промоторной области гена LPLUNC1 (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 реакцию В-клеток памяти, которая обнаруживается 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 85% защиту 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 была обратно пропорциональна уровню 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 90 382 скрытых лишая 90 383, дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. Модель имеет ограничения: она предполагает, что соотношение бессимптомных и симптоматических случаев намного выше, чем те, которые наблюдались 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 вместе 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 V. cholerae из верхних отделов тонкой кишки, выделенных с рвотными массами 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 за счет поиска 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 пытаются 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 РНК-полимеразы стационарной фазы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не нужны 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 котором добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (то есть 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 падает 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, например, в Бангладеш 7 .

    Передача с точки зрения возбудителя

    Роль гиперинфекционности в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки остается неисследованной. 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 с высокой плотностью населения, 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 , употребленных в пищу из природного резервуара окружающей среды, создают 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 во всем мире, 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 развили 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 . Было обнаружено, что два сельских района, разделенных 80 километрами в дельте реки Ганг, содержат 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 селективное 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 от хозяина или 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 , полученными in vitro и подвергнутыми диализу в прудовой воде, показали 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 из 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 вибриофагов

    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 бактериальные инфекции 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, когда начались вспышки 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 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 числа 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, идентифицированные в этом исследовании, были литическими виброфагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов виброфагов 107 .Титры виброфагов 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 отсутствует зрелый 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, будет иметь преимущество приспособленность для V. cholerae , который быстро переносится на следующего хозяина, 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) благодаря действию 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 ) со сниженной 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 в стуле из рисового отвара 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 заражения холерой 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 точно определить 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 серогрупп О1 и О139 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 пилусы (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 . Рисовый отвар обычно содержит 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 вибриона на грамм стула 32 .Таким образом, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

    Таблица 1

    Клинический спектр холерный вибрион инфекция

  • 9
  • бессимптомной инфекции Мягкая инфекция Тяжелая инфекция
    Симптомы Отсутствуют Понос * рвота и обильная диарея
    NOTE NOTE NOTE Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого (Гиповоомический шок)
    Характеристики стул Нормальный 99 RIOL Watere
    Вибриос на грамм стула до 10 5 до 10 8 8 10 7 до 10 9 в стул (и Vomitus)
    лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) или антибиотики
    Смертность 36 None None необработано: до 50% лечится: 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 внедряются 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, наблюдаемый 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 в 2-3 раза чаще проявляют симптомы, 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, болезнь 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). Заражение 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 заболеванием, вызванным заражением классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем на основе наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации по поводу второго эпизода холеры в это 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, о чем свидетельствует обнаружение того, что полиморфизм в промоторной области гена LPLUNC1 (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 реакцию В-клеток памяти, которая обнаруживается 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 85% защиту 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 была обратно пропорциональна уровню 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 90 382 скрытых лишая 90 383, дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. Модель имеет ограничения: она предполагает, что соотношение бессимптомных и симптоматических случаев намного выше, чем те, которые наблюдались 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 вместе 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 V. cholerae из верхних отделов тонкой кишки, выделенных с рвотными массами 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 за счет поиска 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 пытаются 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 РНК-полимеразы стационарной фазы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не нужны 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 котором добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (то есть 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 падает 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, например, в Бангладеш 7 .

    Передача с точки зрения возбудителя

    Роль гиперинфекционности в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки остается неисследованной. 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 с высокой плотностью населения, 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 , употребленных в пищу из природного резервуара окружающей среды, создают 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 во всем мире, 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 развили 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 . Было обнаружено, что два сельских района, разделенных 80 километрами в дельте реки Ганг, содержат 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 селективное 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 от хозяина или 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 , полученными in vitro и подвергнутыми диализу в прудовой воде, показали 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 из 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 вибриофагов

    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 бактериальные инфекции 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, когда начались вспышки 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 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 числа 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, идентифицированные в этом исследовании, были литическими виброфагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов виброфагов 107 .Титры виброфагов 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 отсутствует зрелый 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, будет иметь преимущество приспособленность для V. cholerae , который быстро переносится на следующего хозяина, 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) благодаря действию 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 ) со сниженной 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 в стуле из рисового отвара 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 заражения холерой 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 точно определить 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 серогрупп О1 и О139 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 пилусы (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 . Рисовый отвар обычно содержит 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 вибриона на грамм стула 32 .Таким образом, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

    Таблица 1

    Клинический спектр холерный вибрион инфекция

  • 9
  • бессимптомной инфекции Мягкая инфекция Тяжелая инфекция
    Симптомы Отсутствуют Понос * рвота и обильная диарея
    NOTE NOTE NOTE Умеренный до тяжелого Умеренный до тяжелого (Гиповоомический шок)
    Характеристики стул Нормальный 99 RIOL Watere
    Вибриос на грамм стула до 10 5 до 10 8 8 10 7 до 10 9 в стул (и Vomitus)
    лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) или антибиотики
    Смертность 36 None None необработано: до 50% лечится: 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 внедряются 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, наблюдаемый 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 в 2-3 раза чаще проявляют симптомы, 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, болезнь 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). Заражение 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 заболеванием, вызванным заражением классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем на основе наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации по поводу второго эпизода холеры в это 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, о чем свидетельствует обнаружение того, что полиморфизм в промоторной области гена LPLUNC1 (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 реакцию В-клеток памяти, которая обнаруживается 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 85% защиту 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 была обратно пропорциональна уровню 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 90 382 скрытых лишая 90 383, дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. Модель имеет ограничения: она предполагает, что соотношение бессимптомных и симптоматических случаев намного выше, чем те, которые наблюдались 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 вместе 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 V. cholerae из верхних отделов тонкой кишки, выделенных с рвотными массами 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 за счет поиска 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 пытаются 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 РНК-полимеразы стационарной фазы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не нужны 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 котором добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (то есть 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 падает 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, например, в Бангладеш 7 .

    Передача с точки зрения возбудителя

    Роль гиперинфекционности в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки остается неисследованной. 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 с высокой плотностью населения, 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 , употребленных в пищу из природного резервуара окружающей среды, создают 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 во всем мире, 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 развили 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 . Было обнаружено, что два сельских района, разделенных 80 километрами в дельте реки Ганг, содержат 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 селективное 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 от хозяина или 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 , полученными in vitro и подвергнутыми диализу в прудовой воде, показали 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 из 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 вибриофагов

    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 бактериальные инфекции 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, когда начались вспышки 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 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 числа 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, идентифицированные в этом исследовании, были литическими виброфагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов виброфагов 107 .Титры виброфагов 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 отсутствует зрелый 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, будет иметь преимущество приспособленность для V. cholerae , который быстро переносится на следующего хозяина, 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) благодаря действию 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 ) со сниженной 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 в стуле из рисового отвара 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.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.