Punktacja za publikacjê naukow¹ wg MNiSW: 4.0

Index Copernicus ICV = 9,00 (2009)

Od 2009 r. Postêpy Mikrobiologii znajduj¹ siê na listach czasopism Thomson Scientific: Science Citation Index Expanded (ISI) oraz Journal Citation Reports (JCR) / Science Edition

http://www.pm.microbiology.pl RADA REDAKCYJNA JACEK BIELECKI (Uniwersytet Warszawski), RYSZARD CHRÓST (Uniwersytet Warszawski), JERZY D£UGOÑSKI (Uniwersytet £ódzki), DANUTA DZIER¯ANOWSKA (Centrum Zdrowia Dziecka), EUGENIA GOSPODAREK (Collegium Medicum UMK w Bydgoszczy), JERZY HREBENDA (Uniwersytet Warszawski), WALERIA HRYNIEWICZ (Narodowy Instytut Leków), MAREK JAKÓBISIAK (Warszawski Uniwersytet Medyczny), ANDRZEJ PASZEWSKI (Instytut Biochemii i Biofizyki PAN), ANDRZEJ PIEKAROWICZ (Uniwersytet Warszawski), ANTONI RÓ¯ALSKI (Uniwersytet £ódzki), ALEKSANDRA SK£ODOWSKA (Uniwersytet Warszawski), BOHDAN STAROŒCIAK (Warszawski Uniwersytet Medyczny), BOGUS£AW SZEWCZYK (Uniwersytet Gdañski), EL¯BIETA TRAFNY (Wojskowy Instytut Higieny i Epidemiologii), STANIS£AWA TYLEWSKA-WIERZBANOWSKA (Pañstwowy Zak³ad Higieny), GRZEGORZ WÊGRZYN (Uniwersytet Gdañski), PIOTR ZIELENKIEWICZ (Uniwersytet Warszawski)

REDAKCJA JERZY HREBENDA (redaktor naczelny), JACEK BIELECKI (zastêpca), BOHDAN STAROŒCIAK (sekretarz), MARTA BRZÓSTKOWSKA (korekta tekstów angielskich)

Adresy redakcji Redaktorzy: Instytut Mikrobiologii, Wydzia³ Biologii, Uniwersytet Warszawski ul. Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa, tel. (22) 554 13 05/304, fax (22) 554 14 04 e-mail: [email protected]; [email protected]

Sekretarz Zak³ad Mikrobiologii Farmaceutycznej, Warszawski Uniwersytet Medyczny ul. Oczki 3 (parter), 02-007 Warszawa, tel. (22) 628 08 22, (22) 621 13 51 e-mail: [email protected]

PUBLIKACJE METODYCZNE I STANDARDY Redaktor odpowiedzialny: STEFANIA GIEDRYS-KALEMBA (Pomorska Akademia Medyczna w Szczecinie)

Adres Redaktora dzia³u Publikacje Metodyczne i Standardy Katedra i Zak³ad Mikrobiologii i Immunologii Pomorskiej Akademii Medycznej, Al. Powstañców Wlkp. 72, 70-111 Szczecin, tel./fax: (91) 46 616 51, 52, lub fax: (91) 46 616 59, e-mail: [email protected] lub [email protected]

Stali recenzenci: JERZY D£UGOÑSKI (Uniwersytet £ódzki), WALERIA HRYNIEWICZ (Narodowy Instytut Leków), JÓZEF KUR (Politechnika Gdañska), EUGENIUSZ MA£AFIEJ (Instytut Centrum Zdrowia Matki Polki), ANNA PRZONDO-MORDARSKA (Akademia Medyczna we Wroc³awiu)

ISBN 978 - 83 - 923731 - 3 - 1

Informacja o zdjêciu na ok³adce: Komórki Clostridium taeniosporum*, SEM, autor: Shing-Yi Yang, Alexandra Blinkova i James R. Walker, Uniwersytet Teksañski w Austin, USA * C. taeniosporum wyizolowany przez Krasnikowa w roku 1968, ostatnio opisany przez J.R. Walkera i wsp. w Mol. Microb. 63, 629–643 (2007) i w Anaerobe 14, 308–324 (2008)

Information about the cover picture: Cells of Clostridium taeniosporum*, SEM, author: Shing-Yi Yang, Alexandra Blinkova i James R. Walker, Uniwersytet Texas at Austin, USA * C. taeniosporum, isolated by Krasnikowa in 1968, has been recently described by J.R. Walker and co-workers in Mol. Microb. 63, 629–643 (2007) and in Anaerobe 14, 308–324 (2008)

POLSKIE TOWARZYSTWO MIKROBIOLOGÓW

Nak³ad 1150 + 15 egz., Objêtoœæ 8 arkuszy wyd., Papier offser 80 g

Sk³ad i druk: Zak³ad Wyd. Letter Quality, tel. 22 631 45 18, 607 217 879, e-mail: [email protected]; projekt ok³adki: Jerzy Grzegorkiewicz POST. MIKROBIOL., ZATRUCIE JADEM KIE£BASIANYM 2010, 40, 2, 75–85 http://www.pm.microbiology.pl – PROBLEM WCI¥¯ AKTUALNY

Magdalena Kizerwetter-Œwida1, Marian Binek1*

1 Zak³ad Bakteriologii i Biologii Molekularnej, Katedra Nauk Przedklinicznych Wydzia³ Medycyny Weterynaryjnej SGGW

Wp³ynê³o w listopadzie 2009 r.

1. Wstêp. 2. W³aœciwoœci Clostridium botulinum. 2.1. Medyczne zastosowanie toksyny botulinowej. 2.2. Clostridium botulinum jako broñ biologiczna. 3. Patogeneza i formy choroby. 3.1. Botulizm pokarmowy. 3.2. Botulizm noworodków. 3.3. Botulizm przyranny. 3.4. Przypadki o nieustalonym Ÿródle. 3.5. Botulizm u zwierz¹t. 4. Diagnozowanie i leczenie. 5. Badania laboratoryjne. 5.1. Zastosowanie metod biologii molekularnej. 6. Wystêpowanie bakterii w naturze, Ÿród³a zatrucia. 7. Podsumowanie Clostridium botulinum toxicosis – still a serious problem Abstract: Clostridium botulinum is an anaerobic, rod-shaped sporeforming bacterium. The neurotoxins produced by C. botulinum are among the most potent toxins known to man. Botulism is a public health emergency. Four distinct forms of botulism may occur, depending on the mode of acquisition of the toxin. The most common form of human botulism is a foodborne disease, with intoxica- tion due to the ingestion of preformed neurotoxin in foods, which is generally related to improperly processed home-made products. Interestingly, there is are increasing number of botulism cases correlated with commercially processed foods. Non-proteolytic strains of C. botulinum (group II) are considered hazardous in modern food processing. The most dangerous methods are: mild pasteuriza- tion, anaerobic packing and chilled storage. In the United States, the most common form is infant botulism, an infection due to C. botulinum spores germination, which produces neurotoxin in the infant’s gastrointestinal tract. Recently, wound botulism among injecting drug users has also become a problem. Prompt diagnosis and early treatment of botulism are essential to minimize the otherwise great risk of death. The initial diagno- sis may be difficult in individual cases. Epidemiologic investigation is critical to prevent further cases if hazardous food is still available for consumption. Toxin production is usually detected by a mouse bioassay, which usually taces several days. Recently, alternative rapid methods have been developed for diagnosis of botulism. PCR is a sensitive and specific method for the detection of neurotoxin genes, which allow for the detection of dual-toxin producing strains. The presented review focuses on the characterization of Clostridium botulinum, its occurrence and pathogenicity. Recent changes in epidemiology of human botulism are also discussed. 1. Introduction. 2. Properties of Clostridium botulinum. 2.1. Medical application of botulinum toxin. 2.2. Clostridium botulinum as biological weapon. 3. Pathogenesis and forms of disease. 3.1. Foodborne botulism. 3.2. Infant botulism. 3.3. Wound botulism. 3.4. Cases of undetermined origin. 4. Diagnosis and treatment. 5. Laboratory examination. 5.1. Application of molecular biology methods. 6. Occurrence of Clostridium botulinum, sources of intoxication. 7. Summary

S³owa kluczowe: botulizm, bezpieczeñstwo ¿ywnoœci, Clostridium botulinum Key words: botulism, Clostridium botulinum, food safety

1. Wstêp kowe, ciep³owra¿liwe toksyny (jad kie³basiany), ró¿- ni¹ce siê serologicznie, co sta³o siê podstaw¹ do Botulizm nale¿y do chorób, do których docho- podzia³u produkuj¹cych je szczepów na typy, ozna- dzi w nastêpstwie spo¿ycia ¿ywnoœci zanieczyszczo- czone literami A, B, C, D, E, F oraz G. Typy A, B, nej mikroorganizmami produkuj¹cymi egzotoksyny. E oraz w sporadycznych przypadkach typ F powoduj¹ Jest chorob¹ znan¹ od dawna, nazwê nadano jej botulizm u cz³owieka, natomiast typy C i D na ogó³ w 1820 roku od ³aciñskiej nazwy kie³basy „botulus”, s¹ odpowiedzialne za botulizm u zwierz¹t. Szczepy wi¹zanej historycznie z przyczyn¹ choroby. Sam C. botulinum typu G oraz niechorobotwórcze gatunki mikroorganizm, Clostridium botulinum zosta³ wyizo- C. subterminale oraz C. hastiforme zaliczamy obecnie lowany w 1896 roku przez van Ermengema w Belgii. do gatunku C. argentinense [38]. Czêstoœæ wystê- Nale¿y do Gram-dodatnich beztlenowych laseczek powania choroby u ludzi jest niewielka, jednak¿e szeroko rozpowszechnionych w naturze, przede wszyst- œmiertelnoœæ w wyniku zachorowania jest bardzo wy- kim w glebie i osadach dennych zbiorników wodnych soka, je¿eli nie podejmie siê natychmiastowego i w³aœ- [6, 23]. W trakcie wzrostu bakterie wytwarzaj¹ bia³- ciwego leczenia [6, 23, 31].

* Autor korespondencyjny: Zak³ad Bakteriologii i Biologii Molekularnej, Katedra Nauk Przedklinicznych, Wydzia³ Medycyny Weterynaryjnej SGGW, ul. Ciszewskiego 8, 02-786 Warszawa, tel.: (+48) 22 593 60 28; e-mail: [email protected] 76 MAGDALENA KIZERWETTER-ŒWIDA, MARIAN BINEK

2. W³aœciwoœci Clostridium botulinum Clostridium na C. argentinense [38]. W sporadycznych przypadkach zachorowania u noworodków i osób do- Clostridium botulinum s¹ Gram-dodatnimi bakte- ros³ych mog¹ byæ wywo³ywane przez gatunki klostri- riami beztlenowymi, wytwarzaj¹cymi przetrwalniki. diów inne ni¿ C. botulinum, zdolne do wytwarzania Cech¹ fenotypow¹ rozstrzygaj¹c¹ o przynale¿noœci do toksyny botulinowej, takie jak neurotoksyczne szczepy gatunku jest zdolnoœæ do wytwarzania neurotoksyny C. butyricum oraz C. baratii [6, 23]. Wybrane dane botulinowej (BoNT). W preparatach z hodowli C. bo- charakteryzuj¹ce C. botulinum zaliczone do grupy I i II tulinum ma postaæ wysmuk³ych laseczek, z których przedstawiono w tabeli I. Klostridia zaliczane do grup czêœæ wykazuje subterminalne, rzadziej terminalne I oraz II charakteryzuj¹ siê ró¿n¹ opornoœci¹ spor na u³o¿enie spor. Przypomina to obraz pêdu czosnku lub dzia³anie wysokiej temperatury. Szczepy proteolitycz- ma³ej ³y¿eczki. Na pod³o¿u sta³ym z krwi¹ bakterie ne zaliczane do grupy drugiej s¹ bardziej wra¿liwe na tworz¹ kolonie nieznacznie wypuk³e, o nierównym dzia³anie wysokiej temperatury i niektóre z nich nie brzegu, niekiedy p³askie i szorstkie, zazwyczaj otoczo- prze¿ywaj¹ ogrzewania w 80°C [6, 9, 22, 30]. ne stref¹ hemolizy. Zale¿nie od urzêsienia komórek Badania z zastosowaniem technik biologii moleku- i intensywnoœci przetrwalnikowania mog¹ tworzyæ na larnej przyczyni³y siê do lepszego poznanie biologii powierzchni po¿ywki nalot lub struktury przypomi- C. botulinum. Stwierdzono, ¿e u jednego szczepu mog¹ naj¹ce p³atki azbestu [7, 21]. Nale¿¹ do klostridiów wystêpowaæ geny odpowiedzialne za wytwarzanie sacharolitycznych i proteolitycznych. Fermentuj¹ glu- dwóch toksyn [6, 9, 33]. Zwykle jedna z nich jest pro- kozê, niektóre szczepy (typu B, E i F) laktozê, mal- dukowana w wiêkszych iloœciach, natomiast geny tozê (40–50% szczepów typu C i D rozk³ada maltozê koduj¹ce wytwarzanie drugiej toksyny nie ulegaj¹ eks- i mannozê). Szczepy typu B, E i F s³abo rozk³adaj¹ presji lub jest to ekspresja na niskim poziomie. Szcze- fruktozê. Wszystkie typy C. botulinum hydrolizuj¹ py takie mog¹ dawaæ niespecyficzne wyniki w próbie ¿elatynê i wytwarzaj¹ lipazê, na ogó³ trawi¹ kazeinê biologicznej, a ich precyzyjna identyfikacja jest k³o- oraz za wyj¹tkiem czêœci szczepów typu C i D, nie potliwa. Niejednoznaczna odpowiedŸ, co do przyna- wytwarzaj¹ lecytynazy i nie produkuj¹ indolu [30]. le¿noœci szczepu do serotypu mo¿e utrudniaæ podjêcie Wed³ug taksonomii Bergey’a z 2009 roku rodzaj decyzji, odnoœnie podjêcia leczenia. Wydaje siê, ¿e Clostridium nale¿y do typu XIII Firmicutes, klasy II wiele szczepów C. botulinum zakwalifikowanych na Clostridia, rzêdu I Clostridiales, rodziny I Clostri- podstawie wyników testu ochronnego na myszach do diaceae [24]. Wspó³czeœnie gatunek C. botulinum typu A lub B mo¿e zawieraæ w swoim materiale gene- dzielony jest na do 4 grup (od I do IV) ró¿ni¹cych siê tycznym geny odpowiedzialne za wytwarzanie innych cechami fenotypowymi i genotypowymi. Do grupy I typów toksyn [4, 14–18, 23]. zaliczane s¹ proteolityczne szczepy typu A, B oraz F. Wytwarzanie dwóch toksyn opisano ju¿ w latach Grupa II skupia nie proteolityczne szczepy typu B, E 70-tych, szczepy te zaliczono do typu Af, poniewa¿ oraz F. Natomiast do grupy III nale¿¹ szczepy typu C w g³ównej mierze produkowa³y one toksynê typu A, oraz D. Botulizm u ludzi wywo³uj¹ na ogó³ szczepy w mniejszej iloœci toksynê typu F [21]. Pocz¹tkowo z grupy I oraz II, natomiast botulizm u zwierz¹t po- izolowano je z próbek gleby w Argentynie, w póŸniej- woduj¹ szczepy z grupy III. Grupa IV obejmuje nie- szych latach potwierdzono ich udzia³ w wywo³ywaniu chorobotwórcze szczepy serotypu G. Na podstawie zatrucia jadem kie³basianym u ludzi [6, 14]. Inna grupa wyników badañ w³aœciwoœci fenotypowych oraz geno- izolatów produkuj¹cych g³ównie toksynê A zosta³a typowych zmieniono nazwê szczepów zaliczanych do zaliczona do typu Ab, natomiast u szczepów okreœla- grupy IV oraz innych niechorobotwórczych gatunków nych jako A(B) gen odpowiedzialny za wytwarzanie

Tabela I Wybrane w³aœciwoœci C. botulinum grupy I i II

W³aœciwoœci Grupa I Grupa II Typ neurotoksyny A, B, F B, E, F Botulizm u ludzi + + Temperatura minimalna 10 3,3 wzrostu °C optymalna 35–40 18–25 D100 °C spor (min)* 25 < 0,1 D121 °C spor (min) 0,1–0,2 < 0,001 Wystêpowanie Powszechne, typ A czêœciej w zachodniej czêœci USA, Powszechne, typ E osady typ B powszechnie we wschodniej czêœci USA, Europie i Azji morskie na ca³ym œwicie

* – D (dziesiêciokrotna redukcja) – czas potrzebny do zabicia 90% bakterii w danej temperaturze ZATRUCIE JADEM KIE£BASIANYM – PROBLEM WCI¥¯ AKTUALNY 77 toksyny typu B nie ulega ekspresji. Analiza nieaktyw- spektorzy ONZ w Iraku stwierdzili obecnoœæ toksyny nego genu toksyny B wykaza³a pewne ró¿nice w jego botulinowej w pociskach rakietowych o zasiêgu 600 km sekwencji w porównaniu do genu ulegaj¹cego ekspre- oraz w bombach. Podobne badania prawdopodobnie sji. Ró¿nice te dotycz¹ m. in. delecji 6 nukleotydów, nadal trwaj¹ w Iranie, Iraku, Korei Pó³nocnej oraz któr¹ mo¿na wykrywaæ przy pomocy techniki PCR Syrii. Do tej pory nie notowano u¿ycia C. botulinum [17]. Stwierdzono równie¿ wystêpowanie szczepów jako broni biologicznej podczas wojen. Pod koniec produkuj¹cych g³ównie toksynê typu B i w mniejszych XX wieku japoñska sekta Najwy¿sza Prawda kilkakrot- iloœciach toksyny A oraz F, które zakwalifikowano do nie podejmowa³a próby rozpylenia toksyny w centrum typów Ba oraz Bf [4, 6]. Tokio. Próby nie przynios³y oczekiwanych rezultatów, Opisano tak¿e przypadki wytwarzania toksyny botu- przyczyn¹ czego mog³y byæ k³opoty z otrzymaniem linowej przez C. butyricum oraz C. baratii. Przypadki aerozolu toksyny [27, 37]. botulizmu wywo³ane przez szczepy C. butyricum wy- twarzaj¹ce toksynê botulinow¹ typu E opisano w In- diach, Chinach i we W³oszech. Objawy botulizmu po- 3. Patogeneza i formy choroby karmowego mog¹ byæ wywo³ane przez toksynê typu E produkowan¹ przez C. butyricum. Natomiast botu- Toksyna botulinowa jest jedn¹ z najsilniejszych lizm noworodków mo¿e byæ zwi¹zany z kolonizacj¹ znanych toksyn bakteryjnych, do wywo³ania choroby przewodu pokarmowego przez C. baratii wytwarzaj¹ce u ludzi wystarczy zaledwie kilka nanogramów toksyny, toksynê typu F [6, 31]. która absorbowana jest do krwioobiegu sk¹d trafia do nerwów obwodowych. Oddzia³uje na zwoje ruchowe rdzenia przed³u¿onego oraz synapsy nerwów obwo- 2.1. Medyczne zastosowanie toksyny botulinowej dowych i p³ytki nerwowo-miêœniowe miêœni szkieleto- wych poprzez hamowanie uwalniania acetylocholiny Dzia³anie toksyny botulinowej jest wysoce spe- w zakoñczeniach nerwów ruchowych, co prowadzi do cyficzne wobec obwodowych zakoñczeñ nerwowych pora¿enia wiotkiego. Pora¿enie nerwu przeponowego i w pe³ni odwracalne. Wstrzykniête miejscowo ma³e prowadzi zwykle do œmierci. Zwi¹zana toksyna nie dawki neurotoksyn nie rozprzestrzeniaj¹ siê poza jest usuwana po podaniu antytoksyny. Stopniowo, po miejsce podania. Jest to pierwsza biologiczna toksyna oko³o trzech miesi¹cach dochodzi do wytworzenia siê dopuszczona do stosowania w lecznictwie przez FDA nowych zakoñczeñ nerwowo-miêœniowych w obrêbie (Food and Drug Adiministration, Agencja ds. ¯yw- p³ytki ruchowej i do powrotu funkcji przekazywania noœci i Leków). Ma ona zastosowanie w terapii zabu- impulsów nerwowo-miêœniowych. Toksyny botulinowe rzeñ neurologicznych, np.: dystonii krtaniowej, dysto- uszkadzaj¹ równie¿ komórki innych narz¹dów i na- nii karku oraz koñczyn, kurczu powiek, kurczach d³oni, czyñ krwionoœnych [6, 34]. nadmiernej potliwoœci, nadmiernemu œlinieniu siê, mi- Poszczególne toksyny botulinowe ró¿ni¹ siê bu- grenowych bólach g³owy oraz w leczeniu zeza [12, 39]. dow¹ antygenow¹, jednak wykazuj¹ identyczne dzia- Toksyny botulinowe maj¹ równie¿ zastosowanie ³anie. S¹ one syntetyzowane jako pojedynczy ³añcuch kosmetyczne. Na rynku dostêpne s¹ preparaty zawie- nieaktywnego bia³ka o masie cz¹steczkowej oko³o raj¹ce toksynê A oraz B. Czêœciej stosowana jest tok- 150 kDa, które podlega potranslacyjnej proteolizie syna typu A, poniewa¿ jej dzia³anie utrzymuje siê dwa do aktywnej formy dwu³añcuchowej (50 i 100 kDa), razy d³u¿ej ni¿ toksyny B [12, 39]. po³¹czonej mostkiem dwusiarczkowym. Toksyny sk³a- daj¹ siê z trzech funkcjonalnych domen, odpowie- dzialnych za wi¹zanie z receptorem, translokacjê oraz 2.2. Clostridium botulinum jako broñ biologiczna aktywnoœæ katalityczn¹. Toksyny botuliowe groma- dzone s¹ w cytozolu komórek bakteryjnych, a po lizie CDC (Centers for Disease Control and Prevention, komórek s¹ uwalniane w formie kompleksów okreœla- Centrum Zwalczania i Zapobiegania Chorób) zalicza nych jako protoksyny. W sk³ad tych kompleksów C. botulinum do drobnoustrojów z grupy A, czyli naj- wchodz¹ nietoksyczne bia³ka, tzw. bia³ka NAPs (neuro- bardziej niebezpiecznych, które mo¿na zastosowaæ toxin-associated proteins), których liczba jest ró¿na jako broñ biologiczna. Najbardziej skuteczn¹ drog¹ u poszczególnych typów toksyn botulinowych. Znane ataku w przypadku tych bakterii jest droga aerozo- s¹ trzy formy protoksyn C. botulinum: LL-toksyna lowa, mo¿liwe jest te¿ zastosowanie celowo ska¿onej (extra large toxin, 900 kDa), L-toksyna (large toxin, ¿ywnoœci. Badania nad zastosowaniem C. botulinum 500 kDa) oraz M-toksyna (medium toxin 300 kDa). jako broni biologicznej prowadzono w okresie II Woj- W cz¹steczkach neurotoksyn botulinowych wyró¿nia ny Œwiatowej w Japonii, Zwi¹zku Radzieckim i USA siê trzy funkcjonalnie ró¿ne domeny: N-koñcow¹ do- [27]. Po wojnie w Zatoce Perskiej w 1991 roku in- menê o aktywnoœci endopeptydazy zale¿nej od cynku 78 MAGDALENA KIZERWETTER-ŒWIDA, MARIAN BINEK

(³añcuch lekki L), domenê warunkuj¹c¹ transport to- trudnoœciami w oddychaniu a nawet jego zaprzesta- ksyny przez b³onê (HN) oraz domenê odpowiedzialn¹ nia. W trakcie postêpu choroby odruchy œciêgnowe za wi¹zanie toksyny do receptora [34, 36]. ulegaj¹ os³abieniu i mo¿e dochodziæ do zaparcia [23]. Toksyna botulinowa rozprzestrzenia siê w ustroju W przypadku nie podjêcia leczenia dochodzi do i wi¹¿e z receptorami b³ony presynaptycznej "-moto- pora¿enia miêœni oddechowych, a œmieræ nastêpuje neuronów. £añcuch lekki ma aktywnoœæ specyficznej w wyniku niedro¿noœci oddechowej lub zaprzestania proteazy, która rozpoznaje i tnie jedynie trzy bia³ka funkcji oddechowej. Objawy chorobowe s¹ zró¿nico- odpowiedzialne za fuzjê pêcherzyka synaptycznego wane w zale¿noœci od dawki toksyny. Pacjenci z ciê¿- zawieraj¹cego neuromediator, z b³on¹ neuronu. W ten kimi i ostrymi objawami zatrucia wymagaj¹ d³ugiej sposób dochodzi do uszkodzenia bia³ek pêcherzyków opieki lekarskiej. Wspomaganie oddychania jest ko- presynaptycznych zawieraj¹cych acetylocholinê. Unie- nieczne przez 2 do 8 tygodni, w ciê¿kich przypadkach mo¿liwia to wi¹zanie pêcherzyka presynaptycznego nawet przez 7 miesiêcy. Poprawa stanu pacjenta wy- z b³on¹ presynaptycznê i blokowane jest uwalnianie maga wytworzenia siê nowych po³¹czeñ nerwowo- acetylocholiny do przestrzeni synaptycznej. Docho- miêœniowych [6, 23, 33]. dzi do zmniejszenia potencja³u na p³ytce ruchowej nerwowo-miêœniowej i w efekcie do pora¿enia wiot- 3.2. Botulizm noworodków kiego miêœni [34, 36]. Wspó³czeœnie znane s¹ cztery formy choroby: bo- Botulizm noworodków opisany po raz pierwszy tulizm pokarmowy, botulizm noworodków, botulizm w 1976 roku, dotyczy dzieci poni¿ej 12 miesi¹ca ¿y- przyranny oraz tzw. przypadki o nieustalonym Ÿródle. cia. Do choroby dochodzi w nastêpstwie spo¿ycia Forma choroby jest zwi¹zana ze sposobem przedosta- wraz z ¿ywnoœci¹ spor C. botulinum, które podlegaj¹ nia siê do organizmu ¿ywnoœci zawieraj¹cej toksynê nastêpnie germinacji. Ten typ botulizmu jest zwykle botulinow¹ lub spor C. botulinum. Botulizm najczêœ- zwi¹zany ze spo¿yciem miodu lub mleka w proszku ciej przebiega jako intoksykacja, poniewa¿ same ko- dla niemowl¹t zanieczyszczonych sporami. Bakterie mórki bakteryjne s¹ ma³o inwazyjne. Rzadziej wystê- kolonizuj¹ jelita, namna¿aj¹ siê oraz wytwarzaj¹ tok- puje jako toksykoinfekcja, choæ w ostatnich latach synê. Co ciekawe, notowano przypadki, kiedy pozo- notuje siê coraz wiêcej takich przypadków przebie- stali doroœli cz³onkowie rodzin, którzy spo¿ywali ten gaj¹cych w formie botulizmu noworodków lub botu- sam miód nie chorowali. ród³em spor C. botulinum lizmu przyrannego. dla niemowl¹t mo¿e byæ tak¿e syrop kukurydziany lub kurz z odkurzacza [6]. 3.1. Botulizm pokarmowy Przebieg choroby mo¿e byæ ³agodny, odchodzi do zaparcia i pora¿enia nerwów czaszkowych, a nastêp- Botulizm pokarmowy (intoksykacja pokarmowa) nie nerwów obwodowych. Trudnoœci w przyjmowa- powstaje w nastêpstwie spo¿ycia ¿ywnoœci zawiera- niu pokarmu powoduj¹ niedo¿ywienie i os³abienie j¹cej toksynê wyprodukowan¹ przez C. botulinum. oraz popadanie w letarg. Charakterystyczne jest zbie- ¯ywnoœæ zanieczyszczona sporami C. botulinum pod- ranie siê wydzieliny w jamie ustnej oraz amiotonia. dana nieodpowiedniej obróbce w warunkach do- W ciê¿kim przebiegu choroby wystêpuje pora¿enie mowych staje siê Ÿród³em choroby. Objawy zatrucia miêœni oddechowych, prowadz¹ce do œmierci. Botu- pojawiaj¹ siê zwykle po 12–36 godzinach, chocia¿ lizm noworodków jest obecnie najczêœciej notowany mog¹ wyst¹piæ ju¿ po 4 godzinach lub nawet po w Stanach Zjednoczonych [6, 33]. 8 dniach. Dochodzi do ostrej obustronnej neuropatii nerwu czaszkowego, czego konsekwencj¹ jest suchoœæ 3.3. Botulizm przyranny w ustach oraz utrudnione po³ykanie, niewyraŸna mowa, opadanie powiek, pora¿enie miêœni oka. Wczesne ob- Botulizm przyranny zdarza siê najrzadziej, chocia¿ jawy choroby manifestuj¹ siê os³abieniem i zawro- w Wielkiej Brytanii w ostatnich latach jest to naj- tami g³owy, pojawieniem siê podwójnego widzenia, czêstsza forma choroby. Do choroby dochodzi po prze- trudnoœciami w mówieniu i po³ykaniu. Pacjent nie dostaniu siê do rany spor C. botulinum, czêsto razem gor¹czkuje i zachowuje przytomnoœæ, chocia¿ mo¿e z innymi bakteriami oraz produkcji toksyny, która popadaæ w letarg i mieæ trudnoœci w komunikowaniu przenika do krwiobiegu i wraz z krwi¹ do innych siê. Nie dochodzi do zmian czucia. W ³agodnej formie czêœci organizmu. Czêsto s¹ to powypadkowe rany choroby nie rozwijaj¹ siê inne objawy i pacjent mo¿e g³êbokie. Objawy neurologiczne s¹ takie same jak nawet nie zg³osiæ siê do lekarza. Postêp choroby ma- w przypadku botulizmu pokarmowego, nie wystêpuj¹ nifestuje siê zstêpuj¹c¹ symetrycznie s³aboœci¹ miêœni, jedynie symptomy ze strony przewodu pokarmowego. co prowadzi do utraty kontroli nad utrzymaniem g³o- Ostatnio coraz powszechniej notowany jest botulizm wy, hypotonii, ogólnego os³abienia, wzdêcia brzucha, przyranny u osób stosuj¹cych narkotyki [6, 33]. ZATRUCIE JADEM KIE£BASIANYM – PROBLEM WCI¥¯ AKTUALNY 79

3.4. Przypadki o nieustalonym Ÿródle kiszonkê. Przy nieodpowiednim przebiegu procesu za- kiszania paszy w wewnêtrznych jej partiach dochodzi W niektórych przypadkach botulizmu, mimo do- do wytworzenia siê warunków beztlenowych sprzyja- k³adnego badania i wywiadu nie udaje siê zidentyfi- j¹cych rozwojowi C. botulinum oraz produkcji toksyn. kowaæ Ÿród³a bakterii lub toksyn w ¿ywnoœci. Przy- Na zatrucie nara¿one s¹ równie¿ zwierzêta hodowane padki takie s¹ okreœlane przez CDC jako przypadki na terenach niedoborowych w fosfor, byd³o stara siê o „nieustalonym Ÿródle” (undetermined origin). Wy- wtedy uzupe³niæ niedobory przez spo¿ywanie koœci stêpuj¹ one u osób doros³ych i dzieci powy¿ej 12 mie- pad³ych zwierz¹t zawieraj¹cych nagromadzone neuro- si¹ca ¿ycia, s¹ odpowiednikiem botulizmu niemowl¹t. toksyny [22, 23]. Zwykle zdarza siê to u pacjentów, u których wykony- Botulizm u ptaków jest wywo³ywany g³ównie przez wano operacje przewodu pokarmowego lub leczonych C. botulinum typu C, rzadziej A, B lub E. Najczêœciej antybiotykami. Wspomniane zabiegi prawdopodobnie wystêpuje on na terenach podmok³ych, sezonowo za- mog¹ wp³ywaæ na zak³ócenie naturalnej równowagi lewanych. Choruj¹ w g³ównej mierze wolno¿yj¹ce w mikroflorze jelitowej, co doprowadza do kolonizo- ptaki wodne, zaœ z ptaków udomowionych kaczki, wania C. botulinum [5, 26]. ba¿anty oraz kury. Wiosn¹ na terenach podmok³ych dochodzi do gnicia materia³u roœlinnego, powstaj¹ wa- 3.5. Botulizm u zwierz¹t runki beztlenowe, korzystne do rozwoju C. botulinum. Do rozprzestrzeniania siê choroby przyczyniaj¹ siê Botulizm u zwierz¹t najczêœciej wywo³uj¹ szczepy równie¿ larwy owadów, którymi od¿ywiaj¹ siê ptaki. C. botulinum typu C oraz D, rzadziej A, B oraz E. Na Larwy owadów s¹ niewra¿liwe na dzia³anie toksyny przebieg objawów klinicznych ma wp³yw iloœæ przy- typu C, natomiast mog¹ gromadziæ w swoich organiz- jêtej toksyny oraz gatunkowa wra¿liwoœæ zwierz¹t. mach zarówno toksynê, jak i spory. Najbardziej wra¿liwe s¹ ssaki nieparzystokopytne, na- Konie s¹ bardzo wra¿liwe na dzia³anie jadu kie³- stêpnie ptaki (zw³aszcza kaczki i kury), du¿e i ma³e basianego. Zatrucie wystêpuje u nich z regu³y po spo- prze¿uwacze. Psy i trzoda chlewna s¹ raczej odporne. ¿yciu zanieczyszczonej toksyn¹ paszy. Szczególna Znacz¹ odpornoœæ wykazuj¹ zwierzêta miêso¿erne forma toksykoinfekcji wystêpuje u Ÿrebi¹t, u których (g³ównie lisy) oraz wolno ¿yj¹ce gryzonie. Natomiast w przewodzie pokarmowym nie wykszta³ci³a siê natu- wyj¹tkowo wra¿liwe spoœród zwierz¹t miêso¿ernych s¹ ralna ochronna mikroflora. Mleko klaczy zawieraj¹ce norki. Zwierzêta laboratoryjne s¹ wra¿liwe na wszyst- wysoki poziom hormonów kortykosteroidowych jest kie typy neurotoksyn [22, 23]. czynnikiem predysponuj¹cym do wyst¹pienia u takich Zatrucie jadem kie³basiany u zwierz¹t mo¿e wystê- Ÿrebi¹t botulizmu. powaæ na ca³ym œwiecie, choæ jest spotykane rzadko. Do niedawna powa¿nym problemem by³y epidemie Predysponowane do wystêpowania objawów klinicz- botulizmu w hodowlach norek. Obecnie dziêki sto- nych s¹ szczególnie byd³o i owce hodowane na tere- sowaniu programów szczepieñ ochronnych masowe nach ubogich w fosfor oraz bia³ko w Afryce i Australii. zatrucia toksyn¹ botulinow¹ u tej grupy zwierz¹t W przypadku zwierz¹t hodowlanych botulizm mo¿e zosta³y znacznie ograniczone. Przyk³adem mo¿e byæ przebiegaæ w formie epidemii. Chore osobniki wy- masowe zatrucie jadem kie³basianym u norek i lisów dalaj¹ do œrodowiska przetrwalniki, które zanieczysz- w Finlandii, w wyniku którego 52 000 zwierz¹t pad³o czaj¹ paszê i wodê. Objawy wystêpuj¹ najczêœciej lub zosta³o poddanych eutanazji [32]. Botulizm u no- po spo¿yciu paszy zawieraj¹cej toksyny lub wskutek rek, lisów, niekiedy równie¿ trzody chlewnej i psów toksykoinfekcji, gdy dochodzi do rozwoju przetrwal- jest zwi¹zany z karmieniem zwierz¹t padlin¹, drobio- ników i produkcji toksyn w jelitach lub w miejscu wymi odpadkami z rzeŸni oraz odpadkami z ryb, które zranienia [22]. mog¹ zawieraæ spory lub toksyny C. botulinum [22]. Spoœród ró¿nych gatunków zwierz¹t, stosunkowo Objawy kliniczne zatrucia jadem kie³basianym s¹ czêsto choroba jest obserwowana u byd³a po spo¿yciu podobne u wszystkich gatunków zwierz¹t, wystêpuj¹ nieodpowiednio przygotowanej kiszonki lub siano- zwykle po 3 do 17 dniach inkubacji. U byd³a mo¿na kiszonki. Materia³ roœlinny mo¿e byæ zanieczyszczony obserwowaæ ostry, podostry lub przewlek³y przebieg sporami C. botulinum, zw³aszcza w przypadkach sto- zatrucia, w zale¿noœci od iloœci wch³oniêtej toksyny. sowania nawo¿enia odchodami kurzymi. Laseczki Przy ostrym przebiegu zwierzêta padaj¹ w ci¹gu kilku nale¿¹ce do typu D na ogó³ nie powoduj¹ botulizmu do kilkunastu godzin, w przebiegu przewlek³ym, u kur, natomiast s¹ w du¿ych iloœciach wydalane z ka- œmieræ mo¿e nast¹piæ nawet po 17 dniach. Pocz¹tko- ³omoczem, dlatego nawo¿enie pól odchodami kurzy- wo stwierdza siê brak apatytu, zaburzenia koordyna- mi jest czynnikiem sprzyjaj¹cym botulizmowi byd³a. cji, bez³ad i pora¿enia wiotkie. Pora¿enia w pierwszej Spory mog¹ tak¿e pochodziæ ze zw³ok drobnych gry- kolejnoœci dotycz¹ miêœni koñczyn tylnych i ogona, zoni, które przypadkowo dostaj¹ siê do materia³u na nastêpnie obejmuj¹ koñczyny przednie oraz ¿uchwê 80 MAGDALENA KIZERWETTER-ŒWIDA, MARIAN BINEK i jêzyk. Prowadzi to do charakterystycznej pozycji gatunkow¹ surowicê. Antybiotykoterapia nie ma za- le¿¹cej z g³owa skrêcon¹ w bok. U ptaków pora¿enia stosowania do leczenia botulizmu pokarmowego, co pocz¹tkowo obejmuj¹ koñczyny i skrzyd³a, nastêpnie wiêcej podanie leku mo¿e przyczyniæ siê do uwal- miêœnie szyi. Mo¿na u nich obserwowaæ opadanie g³o- niania toksyny w jelitach. Pacjenci wymagaj¹ lecze- wy i skrêt szyi. Przy zatruciu toksyn¹ typu C u kurcz¹t nia wspomagaj¹cego, czasami przez wiele miesiêcy, brojlerów nie wystêpuj¹ pora¿enia wiotkie, obserwuje w tym od¿ywiania przy pomocy sondy lub parenteral- siê natomiast zapalenie jelit i biegunkê [22, 23]. nego, oddychania przy pomocy respiratora, jak rów- nie¿ leczenia wtórnych zaka¿eñ [31, 34]. Objawy wystêpuj¹ce przy zatruciu jadem kie³ba- 4. Diagnozowanie i leczenie sianym u ludzi uwa¿ane s¹ za wysoce charakterystycz- ne. Jednak w przypadkach osób starszych ze wspó³ist- Rozpoznanie botulizmu u pacjenta opiera siê na niej¹cymi innymi schorzeniami rozpoznanie kliniczne podstawie charakterystycznych objawów klinicznych mo¿e byæ trudne, poniewa¿ objawy zatrucia mog¹ byæ i nie jest ³atwe, poniewa¿ obraz choroby mo¿e byæ u nich s³abo wyra¿one. C h w a l u k i C h w a l u k zró¿nicowany w zale¿noœci od jej stadium i dawki to- [8] opisuj¹ dwa przypadki botulizmu o nietypowym ksyny [31]. Szczególnie k³opotliwe jest rozpoznanie przebiegu klinicznym u pacjentów w podesz³ym wie- pojedynczych przypadków o ³agodnym przebiegu. ku. Autorzy zwracaj¹ uwagê, ¿e prawid³owe rozpozna- Okres inkubacji choroby wynosi œrednio 12–36 go- nia postawiono z opóŸnieniem, mimo zastosowania dzin. W diagnostyce ró¿nicowej nale¿y uwzglêdniæ antytoksyny jeden z pacjentów zmar³. syndrom Guillain-Barré, miastenia gravis, udar, za- trucie spowodowane takimi czynnikami t³umi¹cymi, jak alkohol metylowy, wêglan baru, chlorek mety- 5. Badania laboratoryjne lenu, organiczne zwi¹zki fosforu, zatrucie grzybami, atropin¹, czy CO, a tak¿e zapalenie substancji szarej Rozpoznanie botulizmu opiera siê na obserwacji rdzenia, zaka¿enia w obrêbie centralnego uk³adu ner- klinicznej chorego. Badanie laboratoryjne mo¿e po- wowego, guz mózgu czy choroby psychiczne. W wy- twierdziæ s³usznoœæ diagnozy, ale jej nie wykluczyæ. wiadzie istotna jest informacja o spo¿ywaniu domo- Wykrycie toksyny potwierdza kliniczne rozpoznanie wych przetworów. Botulizm w odró¿nieniu od innych choroby. Toksyny botulinowej poszukuje siê we krwi chorób przebiegaj¹cych z objawami pora¿enia wiot- chorego, kale, treœci ¿o³¹dkowej i jelitowej a tak¿e kiego wyró¿nia siê tym, ¿e wyraŸne objawy pojawiaj¹ ¿ywnoœci, któr¹ chory spo¿ywa³. Podejmuje siê rów- siê w miejscach unerwianych przez nerwy czaszkowe nie¿ próby izolacji C. botulinum z ka³u raz treœci ¿o- i s¹ symetryczne. Nie zanikaj¹ symptomy czuciowe. ³¹dka i jelit. Bakterii powinno siê równie¿ poszukiwaæ W celu odró¿nienia od innych chorób przydatne jest w podejrzanej o spowodowanie zatrucia ¿ywnoœci, badanie w tomografie komputerowym, elektromio- tym niemniej ze wzglêdu na powszechne wystêpowa- grafia i badanie p³ynu mózgowo-rdzeniowego. W tym nie spor Clostridium w œrodowisku ich obecnoœæ mo¿e ostatnim przypadku poszukuje siê czynników zakaŸ- nie mieæ zwi¹zku z chorob¹ [6, 29]. Izolacja i identy- nych lub oznacza bia³ko, którego iloœæ wzrasta np. fikacja bakterii zajmuje kilka tygodni. W³aœciwoœci w chorobie Guillain-Barre a pozostaje w normie przy biochemiczne C. botulinum nie zawsze pozwalaj¹ na zatruciu jadem kie³basianym. Botulizm noworodków pewn¹ identyfikacjê gatunku. Badania L i ndström jest diagnozowany na podstawie wykrywania toksyny i wsp. [28] oraz B r e t t [7] wykaza³y, ¿e szczepy i bakterii w kale. Botulizm noworodków nale¿y ró¿ni- C. botulinum mog¹ byæ nieprawid³owo identyfikowane cowaæ z seps¹, szczególnie meningokokow¹, encefalo- przy pomocy testów API 20A, Rapid ID 32A oraz pati¹ oraz wrodzona miopati¹ [6, 31]. Rapid ANAII. Dotyczy to szczególnie szczepów pro- Podstawowym za³o¿eniem w leczeniu botulizmu teolitycznych z grupy I, które mog¹ wykazywaæ cechy jest inaktywacja toksyny. Efekt ten uzyskuje siê po- podobne do C. sporogenes [7]. przez do¿ylne podanie antytoksyny, która neutralizuje Ograniczeniem dla badañ laboratoryjnych jest w nie- woln¹ jeszcze toksynê niezwi¹zan¹ z zakoñczeniami których przypadkach niemo¿noœæ pobrania odpowied- nerwowymi. Decyzja, co do podania antytoksyny po- nich próbek materia³ów klinicznych – koncentracja winna byæ powziêta na podstawie oceny stanu kli- toksyny mo¿e byæ poni¿ej progu jej wykrywalnoœci nicznego pacjenta, historii choroby i nie powinna byæ lub tak¿e ulec degradacji podczas transportowania odk³adana do czasu uzyskania wyników badañ labo- próbek. Szacuje siê, ¿e w oko³o 30–40% zatruæ, kon- ratoryjnych, poniewa¿ terapia jest najbardziej sku- centracja toksyny w pobranych próbkach jest poni¿ej teczna we wczesnym stadium choroby. Podanie anty- progu wykrywalnoœci. Wa¿ny jest równie¿ przedzia³ toksyny wi¹¿e siê z okreœlonym ryzykiem, poniewa¿ czasu, w którym mo¿na j¹ wykryæ w materia³ach kli- niektórzy pacjenci wykazuj¹ nadwra¿liwoœæ na obco- nicznych pobranych od chorego i tak np. u >50% cho- ZATRUCIE JADEM KIE£BASIANYM – PROBLEM WCI¥¯ AKTUALNY 81 rych stwierdza siê jej obecnoœæ w surowicy i kale cuchowej polimerazy lub hybrydyzacja DNA. Niew¹t- w ci¹gu 1 dnia od zatrucia i tylko u <25% chorych po pliw¹ zalet¹ tych metod jest czu³oœæ i specyficznoœæ 3 dniach. C. botulinum stwierdza siê u >70% chorych oraz mo¿liwoœæ szybkiego uzyskania wyników, w po- w przeci¹gu 2 dni i tylko u 40% po 10 dniach. Mate- równaniu z prób¹ biologiczn¹ lub metodami hodow- ria³ od chorego do badania na obecnoœæ toksyny nale¿y lanymi [16, 31]. pobraæ przed podaniem antytoksyny [6]. W diagnostyce botulizmu przy pomocy technik bio- Klasyczne metody wykrywania toksyny botulino- logii molekularne wykrywane s¹ specyficzne fragmen- wej przy pomocy próby biologicznej wykonywane s¹ ty genów odpowiedzialne za wytwarzanie neurotok- na wra¿liwych zwierzêtach laboratoryjnych, najczêœ- syn. Natomiast nie bada siê aktywnoœci neurotoksyn ciej na myszach, œwinkach morskich lub innych drob- w badanych próbkach, co w niektórych przypadkach nych ssakach. Wymagaj¹ one jednak d³ugiego czasu mo¿e stanowiæ wadê stosowania tych metod. Metody obserwacji zwierz¹t (do 4 dni), co utrudnia szybkie biologii molekularnej s¹ bardzo skuteczne w badaniu podjêcie ukierunkowanego leczenia. Test ochronny na przesiewowym kolonii bakteryjnych lub próbek pod- myszach mo¿e dawaæ niespecyficzne wyniki w przy- danych przednamna¿aniu na pod³o¿ach p³ynnych. padku botulizmu wywo³anego przez szczepy C. botu- W wiêkszoœci metod opartych na reakcji PCR wykry- linum wytwarzaj¹cego dwa typy neurotoksyn. Obja- wa siê obecnoœæ fragmentu jednego z siedmiu genów wy zatrucia jadem kie³basianym mog¹ byæ zwi¹zane koduj¹cych neurotoksyny. Opracowano tak¿e metodê z obecnoœci¹ w badanym materiale toksyn typu E lub F. multiplex PCR pozwalaj¹c¹ na wykrywane w jednej W takich przypadkach nale¿y braæ pod uwagê mo¿- reakcji a¿ czterech toksyn: A, B, E oraz F, co skraca liwoœæ wytwarzania neurotoksyn przez C. butyricum czas oczekiwania na wynik oraz obni¿a koszty od- oraz C. baratii, a ostateczne rozpoznanie czynnika czynników [16, 31]. etiologicznego powinno byæ poparte metodami ho- Liczba komórek lub spor C. botulinum w badanych dowlanymi. Badanie w próbie biologicznej próbek próbkach mo¿e byæ bardzo niska, co mo¿e nawet unie- ka³u lub gleby mo¿e wywo³aæ niespecyficzne upadki mo¿liwiæ uzyskanie pozytywnego wyniku amplifikacji zwierz¹t. Ponadto toksyny typu C i D daj¹ w teœcie DNA. Dla podwy¿szenia czu³oœci reakcji PCR stoso- ochronnym reakcje krzy¿owe. Metody biologiczne wany jest czêsto etap przednamna¿ania umo¿liwiaj¹cy s³u¿¹ jako testy referencyjne oraz umo¿liwiaj¹ okreœ- germinacjê spor i zwiêkszenie liczby komórek C. botu- lanie aktywnoœci biologicznej badanych toksyn lub linum w badanej próbce. Ustalaj¹c temperaturê przed- antytoksyn [23, 31]. namna¿ania nale¿y pamiêtaæ, ¿e optymalna tempera- Szybka diagnostyka w przypadku zatrucia jadem tura inkubacji dla szczepów C. botulinum z grupy I kie³basianym ma decyduj¹ce znaczenie dla natychmias- wynosi od 35 do 37°C, natomiast dla grupy II od 26 do towego podania choremu typowo swoistej surowicy 30°C. Mo¿liwe jest zastosowanie w procesie przednam- antytoksycznej. W ostatnim czasie coraz czêœciej do na¿ania dwóch ró¿nych temperatur. Czas przednamna- laboratoryjnego potwierdzania botulizmu stosuje siê ¿ania powinien byæ optymalizowany dla poszczegól- metody biologii molekularnej takie jak. PCR, mul- nych rodzajów próbek oraz stosowanego pod³o¿a. Zbyt tiplex PCR, czy PCR w czasie rzeczywistym (real-time krótki czas przednamna¿ania mo¿e powodowaæ nad- PCR) [10, 13, 15, 23]. Skrócenie czasu diagnozy do mierne namno¿enie innych bakterii zanieczyszczaj¹- kilku godzin umo¿liwia tak¿e odczyn immunoenzy- cych próbkê. Z kolei zbyt d³uga inkubacja mo¿e po- matyczny (ELISA), odczyn hemaglutynacji poœredniej wodowaæ lizê komórek C. botulinum lub sporulacjê. (HAp) lub odczyn immunofluoroscencyjno-adsorpcyj- Optymalne wydaje siê zastosowanie reakcji PCR w ci¹- ny (IFOA). Charakteryzuj¹ siê one wysok¹ czu³oœci¹ gu kilku kolejnych dni przednamna¿ania [30]. i swoistoœci¹, prostot¹ wykonania i interpretacji wy- Czu³oœæ wykrywania C. botulinum w reakcji PCR ników, czas oczekiwania na wynik wynosi kilka go- oraz hybrydyzacji DNA w próbkach takich jak ka³, dzin. Najczêœciej stosowane s¹ testy ELISA, których krew i próbki ¿ywnoœci mo¿e byæ znacznie obni¿ona. czu³oœæ w porównaniu do próby biologicznej jest 10 do Niektóre substancje obecne w tego rodzaju próbkach, 100 razy mniejsza [6, 28]. takie jak: sole kwasów ¿ó³ciowych, immunoglobuliny, krew oraz bia³ko i t³uszcz obecne w ¿ywnoœci, mog¹ 5.1. Zastosowanie metod biologii molekularnej hamowaæ przebieg reakcji amplifikacji DNA lub zna- cz¹co zmniejszaæ jej czu³oœæ. Wiêksza czu³oœæ jest Próba biologiczna na zwierzêtach laboratoryjnych osi¹gana przy stosowaniu jako matrycy DNA wyizo- pozostaje referencyjn¹ metod¹ wykrywania toksyn lowanego z wyhodowanych kolonii bakteryjnych. botulinowych. Konwencjonalne metody wykrywania Tak¿e technika nested-PCR cechuje siê wiêksz¹ czu- i identyfikacji C. botulinum coraz czêœciej s¹ zastê- ³oœci¹ oraz umo¿liwia ona skrócenie lub ca³kowit¹ powane przez metody biologii molekularnej oparte na eliminacjê etapu przednamna¿ania, czêsto stosowane- analizie DNA. Najczêœciej stosowana jest reakcja ³añ- go w konwencjonalnej reakcji PCR [30]. 82 MAGDALENA KIZERWETTER-ŒWIDA, MARIAN BINEK

6. Wystêpowanie bakterii w naturze, Ÿród³a zatrucia inaktywacja spor C. botulinum przez ogrzewanie w wysokiej temperaturze. W warunkach domowych Jak ju¿ wspomniano C. botulinum i jego forma nie zawsze jest osi¹gana odpowiednia temperatura lub przetrwalna s¹ rozpowszechnione w naturze. Wystê- ogrzewanie jest zbyt krótkie. W takich przypadkach puj¹ w ziemi uprawnej i leœnej, w osadach i mu³ach laseczki jadu kie³basianego mog¹ byæ obecne prze- strumieni wodnych, rzek, jezior, w przybrze¿nych wo- tworach i wytworzyæ toksynê. Aby zmniejszyæ pra- dach mórz i oceanów. S¹ obecne w przewodzie pokar- wdopodobieñstwo zatrucia nale¿y przetwory domowe mowym krabów, miêczaków, ryb oraz ssaków. Prak- ogrzewaæ bezpoœrednio przed spo¿yciem [1, 6, 30]. tycznie ka¿da ¿ywnoœæ mo¿e byæ zanieczyszczona W ostatnich latach notowane s¹ równie¿ przypadki laseczkami C. botulinum i je¿eli nie zostanie poddana botulizmu zwi¹zanego ze spo¿yciem ¿ywnoœci produ- zabiegom, w trakcie których spory tych bakterii gin¹, kowanej przemys³owo (Tab. II). Jak ju¿ wspomniano wówczas w trakcie jej przechowywania, w sprzyja- wczeœniej, szczepy C. botulinum zaliczane do grupy I j¹cych warunkach temperaturowych (patrz tabela I, i II ró¿ni¹ siê w³aœciwoœciami fizjologicznymi (Tab. I). klostridia z II-giej grupy zdolne s¹ do namna¿ania siê Przypadki botulizmu odnotowane w wyniku spo¿ycia w temperaturze lodówki) i pH powy¿ej 4,6 mo¿e ¿ywnoœci produkowanej przemys³owo spowodowane dochodziæ do germinacji spor, namna¿ania siê bakterii s¹ nieproteolitycznymi szczepami zaliczanymi do i produkcji toksyny. Je¿eli taka ¿ywnoœæ przed spo¿y- II grupy, zdolnymi do namna¿ania siê w temperaturze ciem nie zostanie poddana obróbce cieplnej inaktywu- oko³o 3°C. Wzrost liczby przypadków zatruæ jadem j¹cej jad kie³basiany (minimum: ogrzewanie w tem- kie³basianym po spo¿yciu ¿ywoœci produkowanej peraturze 80oC przez 10 minut, a najlepiej gotowanie przemys³owo jest spowodowany pewnymi zmianami przez 20 minut), wówczas dochodzi do botulizmu. w metodach produkcji ¿ywnoœci [35]. Przez konsu- Toksyna botulinowa by³a wykrywana w wielu ró¿nych mentów po¿¹dane jest, aby produkty ¿ywnoœciowe produktach ¿ywnoœciowych, jak np.: puszkowanej ku- by³y przetworzone oraz poddane dzia³aniu œrodków kurydzy, papryce, zielonej fasoli, ró¿nego typu zupach, konserwuj¹cych w jak najmniejszym stopniu. Z tego miodzie, pieczarkach, dojrza³ych oliwkach, szpinaku, powodu czêsto procesy technologiczne ograniczaj¹ rybach, miêsie i przetworach drobiowych, konserwach siê jedynie do sch³odzenia produktu i pakowania miêsnych, szynce, kie³basie, faszerowanych jajach, w atmosferze dwutlenku wêgla. Ch³odziarki na etapie homarach, wêdzonych i solonych rybach [1, 6, 30]. dystrybucji ¿ywnoœci oraz w domach konsumentów Wystêpowanie botulizmu w poszczególnych kra- czêsto zapewniaj¹ jedynie temperaturê 10°C, w której jach na œwiecie jest zró¿nicowane, ale ogólnie niskie spory C. botulinum z grupy II mog¹ ulegaæ germi- w porównaniu do innych intoksykacji i toksykoin- nacji. Ponadto pakowanie produktów spo¿ywczych fekcji pokarmowych. Na czêstoœæ zatruæ maj¹ wp³yw w atmosferze dwutlenku wêgla sprzyja prze¿ywaniu regionalne przyzwyczajenia ¿ywieniowe, dostêpnoœæ laseczek jadu kie³basianego. Innym czynnikiem umo¿- ¿ywnoœci, co powoduje, ¿e nie jest ona przetwarzana liwiaj¹cym prze¿ywanie C. botulinum procesu prze- i przechowywana w warunkach domowych, przemys- twarzania ¿ywnoœci jest ogrzewanie produktów w ni¿- ³owe przetwarzanie ¿ywnoœci i nadzór nad jej pozy- szych zakresach temperatur, które nie dzia³aj¹ bójczo skiwaniem, przetwarzaniem i dystrybucj¹ [1]. Wspól- na spory tych bakterii. Stosowanie niskich temperatur ny rynek krajów EU powoduje, ¿e nastêpuje wolny wynika z preferencji konsumentów do minimalizo- przep³yw ¿ywnoœci pomiêdzy krajami cz³onkowskimi. wania zmiany cech organoleptycznych, co dzieje siê ¯ywnoœæ importowana do krajów EU musi odpowia- w wyniku oddzia³ywania wysokiej temperatury. Nie daæ wymaganiom jakoœciowym i prawnym ustanowio- ma ustalonych wytycznych dotycz¹cych czasu i tem- nym przez kraje Wspólnoty Europejskiej. To powodu- peratur ogrzewania produktów ¿ywnoœciowych o nis- je, ¿e do zatruæ produktami przetworzonymi w sposób kim stopniu przetworzenia, które zapewnia³yby znisz- przemys³owy dochodzi stosunkowo rzadko, czêœciej czenie spor C. botulinum. Ciep³oopornoœæ spor zale¿y natomiast produktami przetwarzanymi i przechowy- bowiem od sk³adu poszczególnych produktów. Z tego wanymi w warunkach domowych. W Europie Ÿród³em powodu opracowanie uniwersalnych norm jest nie zatruæ jadem kie³basianym s¹ g³ównie przetwory do- mo¿liwe. Zalecan¹ metod¹ zapobiegaj¹c¹ namna¿aniu mowe zawieraj¹ce miêso, natomiast w Stanach Zjed- siê C. botulinum w ¿ywnoœci produkowanej prze- noczonych przetwory domowe przygotowane z pro- mys³owo jest zapewnienie podczas produkcji i dystry- duktów pochodzenia roœlinnego zanieczyszczonych bucji temperatury poni¿ej 3ºC [1, 30, 35]. przetrwalnikami C. botulinum. Przetwory domowej W Polsce przypadki zatrucia jadem kie³basianym produkcji przygotowywane w niew³aœciwy sposób u ludzi odnotowywane s¹ od 1952 roku. Czêstoœæ wy- znacznie czêœciej s¹ Ÿród³em C. botulinum, ni¿ ¿ywoœæ stêpowania botulizmu w latach 60-tych i 70-tych by³¹ produkowana na masow¹ skalê. W technologii pro- wysoka. Podobnie bardzo wysoka czêstoœæ wystêpo- dukcji konserw jednym z krytycznych punktów jest wania botulizmu mia³a miejsce w okresie przeobra¿eñ ZATRUCIE JADEM KIE£BASIANYM – PROBLEM WCI¥¯ AKTUALNY 83

Tabela II Przypadki botulizmu zwi¹zanego ze spo¿yciem ¿ywnoœci produkowanej przemys³owo, wywo³ane przez szczepy C. botulinum z grupy II

Liczba przypadków Rodzaj ¿ywnoœci Rok Kraj Piœmiennictwo (liczba zgonów) (Typ C. botulinum) 1980–2002 Gruzja 85 Ryba wêdzona (E) [31] 1990 USA 3 Jesiotr (B) [31] 1991 Egipt 91 Solony kie³b, niewytrzewiony (E) [40] 1992 USA 3 Solona ryba, niewytrzewiana (E) [31] 1996 W³ochy 8 (1) Ser mescarpone (A) [3] 1997 Hiszpania 3 Szparagi w puszce (B) 1997 Niemcy 2 Ryba wêdzona (E) [26] 1997–2003 Norwegia 9 Fermentowana ryba („rakfish”, E) [31] 1998 Japonia 6 Solone oliwki (B) [31] 1999 Maroko 78 (20) Mortadela (B) [31] 1999 Rosja 72 Ryba (NB) [31] 2002 RPA 2 (2) Sardynki z puszki (A) [19] 2003 Francja 4 Koszerne kie³baski wo³owe i drobiowe (B) [31] 2004 Rosja 10 (1) Ryba wêdzona (NB) [31] 2004 Rosja 4 (1) Ryba suszona (NB) [31] 2004 Ukraina 6 Ryba suszona (NB) [31] 2009 Francja 3 Ryba wêdzona (E) [25]

(NB) – nie badano spo³ecznych i braku ¿ywnoœci w latach 80-tych. Dla Osoby przyjmuj¹ce narkotyki drog¹ wziewn¹ maj¹ przyk³adu w 1964 roku odnotowano 201 przypad- czêsto uszkodzon¹ bonê œluzow¹ nosa lub zatok przy- ków botulizmu (wspó³czynnik zapadalnoœci 0,6 na nosowych, przez któr¹ bakterie mog¹ ³atwo wnikaæ 100 000 osób), a w roku 1982 odnotowano 738 zacho- do organizmu. Do zanieczyszczenia heroiny przez rowañ (wspó³czynnik zapadalnoœci 2 na 100 000 osób). C. botulinum mo¿e dochodziæ na ka¿dym etapie pro- W latach 1988–1998 odnotowano oko³o 2000 przy- dukcji. Heroina jest s³abo rozpuszczalna w wodzie, padków zachorowañ na botulizm, i by³a to znacznie dlatego przed wstrzykniêciem rozpuszcza siê j¹ w s³a- wiêksza liczba w porównaniu do innych krajów euro- bym roztworze kwasu cytrynowego i ogrzewa. Ogrze- pejskich, jak np.: W³ochy (412 przypadków), Niemcy wanie stymuluje wytwarzanie spor, jednoczeœnie zabija (177 przypadków), Hiszpania (92 przypadki). Od wiêkszoœæ innych bakterii zanieczyszczaj¹cych heroi- 1991 roku obserwuje siê tendencjê spadkow¹ wystê- nê, mog¹cych „konkurowaæ” z C. botulinum w wy- powania botulizmu w Polsce, która utrzymuje siê do wo³aniu infekcji. Wielokrotnie powtarzane iniekcje czasów obecnych, w 2004 roku odnotowano 53 przy- domiêœniowe powodujê uszkodzenie i bliznowacenia padki choroby a w 2005 roku 46 przypadków (wspó³- tkanki miêœniowej oraz miejscowe zmniejszenie prze- czynnik zapadalnoœci 0,12 na 100 000 osób), co pra- p³ywu krwi. W takiej sytuacji dochodzi do tworzenia wdopodobnie wynika z lepszego zaopatrzenia rynku ropni, w których panuj¹ warunki beztlenowe, sprzyja- w ¿ywnoœæ i podniesienia standardów ¿ycia [6, 23, 34]. j¹ce rozwojowi C. botulinum [2, 5, 11, 20]. Dobra sytuacja epidemiologiczna nie powinna jed- Najwiêcej przypadków botulizmu u osób wstrzy- nak usypiaæ czujnoœci w kontrolowaniu tej choroby, kuj¹cych sobie narkotyki stwierdza siê w Stanach poniewa¿ zmieniaj¹ce siê zwyczaje ¿ywieniowe pole- Zjednoczonych, w 2000 roku by³o to 90% przypad- gaj¹ce na spo¿ywaniu pokarmów minimalnie przetwo- ków odnotowanych w ca³ym œwiecie. Podobne zja- rzonych a wiêc potencjalnie zanieczyszczonych spo- wisko wystêpuje tak¿e w Europie: w takich krajach jak rami C. botulinum, mog¹ doprowadzaæ do pojawienia Anglia, Irlandia, Szwajcaria oraz Norwegia, w których siê wiêkszej liczby zatruæ. stwierdza siê coraz wiêksz¹ liczbê przypadków bo- Nowym zjawiskiem w epidemiologii botulizmu tulizmu przyrannego u osób stosuj¹cych narkotyki. jest wzrost przypadków botulizmu przyrannego u osób W Stanach Zjednoczonych notuje siê rocznie oko³o stosuj¹cych narkotyki [11]. Najwiêcej przypadków 110 przypadków botulizmu przyrannego, co stanowi jest zwi¹zanych z domiêœniowymi lub podskórnymi oko³o 30–40% wszystkich zatruæ jadem kie³basianym. wstrzykniêciami heroiny. Mo¿liwe jest równie¿ wyst¹- W Anglii i Irlandii w latach 2000–2001 rozpoznano pienie objawów botulizmu po wdychaniu heroiny. 10 przypadków botulizmu przyrannego, w roku 2002 84 MAGDALENA KIZERWETTER-ŒWIDA, MARIAN BINEK

– 23 przypadki, w 2003 – 15 przypadków oraz w roku 7. Brett M.M.: Evaluation of the use of the bioMerieux Rapid 2004 – 40 przypadków. W Niemczech w roku 2006 ID32 for the identification of Clostridium botulinum. Lett. potwierdzono laboratoryjnie botulizm przyranny u 4 pa- Appl. Microbiol. 26, 81–84 (1998) 8. Chwaluk P., Chwaluk A.: Trudnoœci diagnostyczne w zatru- cjentów [2, 5, 20]. ciu jadem kie³basianym – opis przypadków i przegl¹d piœ- miennictwa. Przegl. Lek. 64, 348–351 (2007) 9. Collins M.D., East A.K.: Phylogeny and taxonomy of the 7. Podsumowanie food-borne pathogen Clostridium botulinum and ist neuro- toxins. J. Appl. Microbiol. 84, 5–17 (1998) Zauwa¿alne zmiany w epidemiologii botulizmu 10. Dahlenborg M., Borch E., Rådström P.: Development of com- bined selection and enrichment PCR procedure for Clostri- u ludzi pozwalaj¹ przypuszczaæ, ¿e w najbli¿szych dium botulinum types B, E and F and its use to determine latach mo¿na spodziewaæ siê wzrostu liczby przypad- prevalence in fecal samples from slaughtered pigs. Appl. ków zatruæ jadem kie³basianym po spo¿yciu ¿ywnoœci Environ. Microbiol. 67, 4781–4788 (2001) produkowanej przemys³owo oraz w grupie ludzi stosu- 11. Davis L.E., King M.K.: Wound botulism from heroin skin j¹cych narkotyki. Nie mo¿na wykluczyæ tak¿e zatruæ popping. Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 8, 462–468 (2008) wywo³anych przetworami domowymi. Szczególnie 12. Fabbri A., Travaglione S., Falzano L., Fiorentini C.: Bacte- rial protein toxins: current and potential clinical use. Curr. ³atwy obecnie przep³yw towarów i ludzi, mo¿e przy- Med. Chem. 15, 1116–1125 (2008) czyniæ siê do wyst¹pienia zatruæ nietypowym dla 13. Fach P., Gibert M., Griffais R., Popoff M.R.: Investigation of danego terenu produktem ¿ywnoœciowym lub typem animal botulism outbreaks by PCR and standards methods. C. botulinum. Szczególn¹ uwagê nale¿y zwróciæ na FEMS Immunol. Med. Microbiol. 13, 279–285 (1996) bezpieczeñstwo konsumentów ¿ywnoœci niskoprzetwo- 14. Fernández R.A., Ciccarelli A.S., Arenas G.N., Giménez D.F.: rzonej, która mo¿e byæ Ÿród³em szczepów C. botuli- First outbreak of botulism caused by Clostridium botulinum subtype Af. Rev. Argent. Microbiol. 18, 29–31 (1986) num nale¿¹cych do grupy II. 15. Franciosa F., Ferreira J.L., Hatheway C.L.: Detection of type Kliniczne przypadki botulizmu wystêpuj¹ stosun- A, B, and E botulism neurotoxin genes in Clostridium botu- kowo rzadko, co mo¿e dodatkowo utrudniaæ prawi- linum and other Clostridium species by PCR: evidence of d³owe rozpoznanie i opóŸniaæ decyzjê co do podjêcia unexpressed type B toxin genes in type A toxigenic orga- leczenia. Niektóre kraje, jak np.: Francja nie produku- nisms. J. Clin. Microb. 32, 1911–1917 (1994) j¹ ju¿ antytoksyny botulinowej, ze wzglêdu na wyso- 16. Franciosa F., Florodi F., Maugliani A., Aureli P.: Differentia- tion of the gene clusters encoding botulinum neurotoxin type kie koszty produkcji. Bior¹c pod uwag¹ zagro¿enie dla A complexes in Clostridium botulinum type A, Ab, and A(B) ¿ycia ludzi, ostatnio s³yszy siê propozycje utworzenia strains. Appl. Environ. Microbiol. 70, 7192–7199 (2004) dzia³aj¹cego na wzór CDC w Stanach Zjednoczonych, 17. Franciosa F., Hatheway C.L., Aureli P.: The detection of w ca³ej Europie oœrodka do spraw rozpoznawania i le- a deletion in the type B neurotoxin gene of Clostridium bo- czenie botulizmu. tulinum A(B) strains by two-step PCR. Lett. Appl. Microbiol. 26, 442–446 (1998) 18. Franciosa G., Fenicia L., Pourshaban M., Aureli P. Recovery of a strain of Clostridium botulinum producing both neuro- Piœmiennictwo toxin A and neurotoxin B from canned macrobiotic food. Appl. Environ. Microbiol. 63, 1148–1150 (1997) 1. Abgueguen P., Delbos V., Chennebault J.M., Fanello S., 19. Frean J., Arntzen L., van der Heever J., Perovic P.: Fatal type Brenet O., Alquier P., Granry J.C., Pichard E.: Nine cases of A botulism in South Africa, 2002. Trans. R. Soc. Trop. Med. foodborne botulism type B in France and literature review. Hyg. 98, 290–295 (2004) Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 22, 749–752 (2003) 20. Galldiks N., W.F. Haupt i wsp.: Rapid geographical cluste- 2. Akbulut D., L. de Souza-Thomas i wsp.: Wound botulism ring of wound botulism in Germany after subcutaneous and in injectors of drugs: upsurge in cases in England during intramuscular injection of heroin. Neurocrit. Care. 6, 30–34 2004. Euro. Surveill. 10, 172–174 (2005) (praca jest dzie³em (2007) (praca jest dzie³em 14 autorów) 11 autorów) 21. Giménez D.F., Ciccarelli A.S.: New strains of Clostridium 3. Aureli P., Franciosa G., Pourshaban M.: Foodborne botulism botulinum subtype Af. Zentralbl. Bakteriol. Orig. A. 240, in Italy. Lancet, 348, 1594 (1996) 215–220 (1978) 4. Barash J.R., Arnon S.S.: Dual toxin-producing strain of Clo- 22. Grenda T., Kwiatek K.: Clostridium botulinum – charakte- stridium botulinum type Bf isolated from a California patient rystyka i znaczenie epidemiologiczne. Med. Wet. 65, 743–746 with infant botulism. J. Clin. Microbiol. 42, 1713–1715 (2004) (2009) 5. Barry J., Ward M., Cotter S., Macdiarmada J., Hannan M., 23. Hatheway C.L.: Toxigenic clostridia. Clin. Microbiol. Rev. Sweeney B., Grant K.A., McKeown P.: Botulism in injecting 3, 66–98 (1990) drug users, Dublin, Ireland, November-December 2008. 24. http://www.bergeys.org/outlines/bergeys_vol_3_outline_ Euro. Surveill. 14, 1–3 (2009) linked. pdf (12.04.2010) 6. Botulism in the United States, 1899–1996. Handbook for 25. King LA, de Valk H i wsp.: Botulism and hot-smoked white- epidemiologists, clinicians, and laboratory workers. Centers fish: a family cluster of type E botulism in France, September for Disease Control and Prevention, National Center for 2009. Euro Surveill. 14, pii: 19394 (2009) (praca jest dzie³em Infectious Diseases Division of Bacterial and Mycotic 19 autorów). Available from: http://www.eurosurveillance. Diseases (1998) org/images/dynamic/EE/V14N45/art19394.pdf (12.04.2010) ZATRUCIE JADEM KIE£BASIANYM – PROBLEM WCI¥¯ AKTUALNY 85

26. Korkeala H., Stengel G., Hyytiä E., Vogelsang B., Bohl A., 34. Parasion S., Bartoszcze M., Gry³ko R.: Struktura i mecha- Wihlman H., Pakkala P., Hielm S.: Type E botulism asso- nizm dzia³ania neurotoksyn bakterii rodzaju Clostridium. ciated with vacuum-packaged hot-smoked whitefish. Int. J. Przegl. Epidemiol. 61, 519–527 (2007) Food Microbiol. 18, 1–5 (1998) 35. Peck M.W.: Clostridium botulium and the safety of minimally 27. Kortepeter M.G., Cieslak T.J., Eitzen E.M.: Bioterrorism. heated, chilled foods: an emerging issue? J. Appl. Microbiol. J. Environ. Health. 63, 21–24 (2001) 101, 556–570 (2006) 28. Lindström M., Jankola H.M., Hielm S., Hyytiä E.K., Kor- 36. Schiavo G., Montecucco C.: The structure and mode of keala H.J.: Identification of Clostridium botulinum with API botulinum and tetanus toxins (w) The Clostridia. Molecular 20 A, Rapid ID 32 A and RapID ANA II. FEMS Imm. Med. Biology and pathogenesis, red. J. Rood, B.A. McClane, Microb. 24, 267–274 (1999) J.G. Songer, R.W. Titball, San Diego, California: Academic 29. Lindström M., Keto R., Markkula A., Nevas M., Hielm S., Press, 1997, s. 295–322. Korkeala H.: Multiplex PCR assay for detection and inedn- 37. Shukla H.D., Sharma S.K.: Clostridium botulinum: a bug tification of Clostridium botulinum types A, B, E and F with beauty and weapon. Crit. Rev. Microbiol. 31, 11–18 in food and fecal material. Appl. Environ. Microbiol. 67, (2005) 5694–5699 (2001) 38. Suen J.C., Hatheway C.L., Steigerwalt A.G., Brenner D.J.: 30. Lindström M., Kiviniemi K., Korkeala H.: Hazard and control Clostridium argentinense sp. nov.: a genetically homo- of group II (non-proteolytic) Clostridium botulinum in modern geneous group composed of all strains of Clostridium botuli- food processing. Int. J. Food Microbiol. 108, 92–104 (2006) num toxin group G and some nontoxigenic strains previously 31. Lindström M., Korkeala H.: Laboratory diagnostics of botu- identified as Clostridium subterminale or Clostridium hasti- lism. Clin. Microbiol. Rev. 19, 298–314 (2006) forme. Int. J. Syst. Bacteriol. 38, 375–381 (1988) 32. Lindström M., Nevas M., Kurki J., Sauna-aho R., Latvala- 39. Truong D.D., Stenner A., Reichel S.: Current clinical appli- Kiesilä A., Pölönen I., Korkeala H.: Type C botulism due cations of botulinum toin. Curr. Pharm. Res. 15, 3671–3680 to toxic feed affecting 52,000 farmed foxes and minks in Fin- (2009) land. J. Clin. Microbiol. 42, 4718–4725 (2004) 40. Weber J.T., Hibbs R.G. Jr, Darwish A., Mishu B., Corwin A.L., 33. Nevas M., Lindström M., Hielm S., Björkroth K.J., Peck M.W., Rakha M., Hatheway C.L., el Sharkawy S., el-Rahim S.A., Korekeala H.: Diversity of proteolytic Clostridium botulinum al-Hamd M.F., et al. A massive outbreak of type E botulism strains, determined by a pulsed-field gel electrophoresis ap- associated with traditional salted fish in Cairo. J. Infect. Dis. proach. Appl. Environ. Microbiol. 71, 1311–1317 (2005) 167, 451–454 (1993) 86 MAGDALENA KIZERWETTER-ŒWIDA, MARIAN BINEK POST. MIKROBIOL., BAKTERIOCYNY PROBIOTYCZNYCH PA£ECZEK 2010, 40, 2, 87–96 http://www.pm.microbiology.pl Z RODZAJU LACTOBACILLUS

Anna S³oñska*1, Danuta Klimuszko1

1 Zak³ad Bakteriologii i Biologii Molekularnej, Katedra Nauk Przedklinicznych Wydzia³ Medycyny Weterynaryjnej, Szko³a G³ówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Wp³ynê³o w marcu 2010 r.

1. Wprowadzenie. 2. Struktura genomu i plazmidy. 3. Bakteriocyny. 4. Klasyfikacja bakteriocyn. 5. Organizacja operonu biosyntezy bakteriocyn. 6. Lokalizacja operonu biosyntezy bakteriocyn. 7. Biosynteza bakteriocyn. 8. Mechanizm dzia³ania bakteriocyn. 9. Bakteriocynogennoœæ a w³aœciwoœci probiotyczne bakterii z rodzaju Lactobacillus. 10. Podsumowanie Bacteriocins produced by probiotic rods of the genus Lactobacillus Abstract: Lactobacillus is a genus of non-spore-forming, non-motile, Gram-positive facultative anaerobic or microaerophilic rods. They are important part of normal human and animal bacterial flora commonly associated with the gastrointestinal tract and genitourinary tract of animals and humans. They are able to produce antimicrobial substances such as bacteriocins, lactic acid and hydrogen peroxide, which have been shown to be beneficial for controlling the overgrowth of other, potentially pathogenic, bacteria. Bacteriocins are low-molecular weight single polypeptides or polypeptide complexes having an antimicrobial activity, synthesized in ribosome and secreted by bacterial cells. Genes encoding bacteriocins have been reported to be present on plasmid or genomic DNA. Lactobacilli are commonly used in the production of probiotics – a live microbial food supplements which beneficially affect the host by improving its intestinal microbial balance. They have found wide application in probiotic products which are used to balance disturbed intestinal microflora and related dysfunctions of the gastrointestinal track. 1. Introduction. 2. Genome structure and plasmids. 3. Bacteriocins. 4. Classification of bacteriocins. 5. Operon organization of bacteriocin genes. 6. Localization of the bacteriocin operons. 7. Biosynthesis of bacteriocins. 8. Mechanizm of action of bacteriocins. 9. Bacteriocinogenicity and probiotic properties of Lactobacillus sp. 12. Summary

S³owa kluczowe: bakteriocyny, Lactobacillus sp., w³aœciwoœci probiotyczne Key words: bacteriocins, Lactobacillus sp., probiotic properties

1. Wprowadzenie wa¿ny element naturalnej bioty ludzi i zwierz¹t, kolo- nizuj¹cej ich przewód pokarmowy i uk³ad moczowo- Bakterie z rodzaju Lactobacillus to Gram-dodatnie, p³ciowy [29, 77]. katalazoujemne, niesporuj¹ce pa³eczki b¹dŸ ziarniako- Bakterie fermentacji mlekowej s¹ sk³adnikiem pro- pa³eczki o wymiarach 0.5–1.2×1–10 µm, beztlenowe biotyków, czyli preparatów lub produktów ¿ywnoœcio- lub mikroaerofilne, nale¿¹ce do grupy bakterii fermen- wych zawieraj¹cych kultury ¿ywych mikroorganizmów, tacji mlekowej – LAB (Lactic Acid Bacteria) [29, 52]. które podane cz³owiekowi i zwierzêtom wywieraj¹ Rodzaj Lactobacillus obejmuje znacz¹ liczbê gatunków, korzystny wp³yw na organizm gospodarza poprzez które wykazuj¹ du¿y stopieñ zró¿nicowania [95]. Obec- poprawê równowagi bioty jelitowej [31]. Szczepy nie do rodzaju Lactobacillus zaliczanych jest 145 gatun- z potwierdzonymi w³aœciwoœciami probiotycznymi sto- ków i 27 podgatunków [28, 33]. Na podstawie podo- sowane w komercyjnych produktach ¿ywnoœciowych bieñstwa sekwencji genów 16S rRNA zosta³o wyodrêb- nale¿¹ do gatunków L. rhamnosus, L. acidophilus, nionych piêæ grup filogenetycznych: L. acidophilus, L. casei, L. reuteri i L. fermentum [77]. L. salivarius, L. reuteri, L. buchneri i L. plantarum [85]. Pa³eczki z rodzaju Lactobacillus uwa¿ane s¹ za Pa³eczki Lactobacillus powszechnie wystêpuj¹ mikroorganizmy niepatogenne. Pomimo, ¿e posiadaj¹ w wielu œrodowiskach, tam gdzie dostêpne s¹ wêglo- status GRAS (Generalny Recognised As Safe) zano- wodany np.: w szcz¹tkach roœlinnych lub psuj¹cych towane zosta³y przypadki ich izolacji od pacjentów siê owocach [11, 29]. Stosowane s¹ w procesach fer- z obni¿on¹ odpornoœci¹, u których wyst¹pi³y zaka¿enia mentacyjnych m.in. jako starterowe kultury bakteryj- oportunistyczne, takie jak zapalenie wsierdzia, bakterie- ne do produkcji ¿ywnoœci fermentowanej, takiej jak mia, zaka¿enia dróg moczowych, zapalnie b³on œluzo- produkty mleczne, kiszonki, napoje, owoce, warzywa wych macicy, zapalenie opon mózgowych czy g³êbokie i miêso. Zapewniaj¹ w³aœciwy przebieg procesu zaki- ropnie i ropniaki. Jednak w ¿adnym z tych przypadków szania pasz zwierzêcych. Dodatkowo stanowi¹ bardzo rola bakterii Lactobacillus w patogenezie zaka¿eñ nie

* Autor korespondencyjny: Katedra Nauk Przedklinicznych, Zak³ad Bakteriologii i Biologii Molekularnej, Wydzia³ Medycyny Weterynaryjnej SGGW, ul. Ciszewskiego 8, 02-786 Warszawa; e-mail: [email protected] 88 ANNA S£OÑSKA, DANUTA KLIMUSZKO zosta³a potwierdzona. Stwierdzono, ¿e ich obecnoœæ one nieœæ geny opornoœci na antybiotyki, geny kodu- w uk³adzie krwionoœnym mo¿e wynikaæ z niepra- j¹ce bakteriocyny i enzymy szlaków metabolicznych wid³owej higieny jamy ustnej, Ÿle przeprowadzonych czy geny warunkuj¹ce zdolnoœæ do koniugacji [101]. zabiegów stomatologicznych, uszkodzenia przewodu Pierwsze plazmidy w komórkach bakterii Lactoba- pokarmowego lub operacji [2, 14, 41]. cillus zosta³y odkryte u szczepu Lactobacillus casei Bakterie te, ze wzglêdu na fermentacyjny metabo- przez C h a s s y’ e g o i wsp. w 1976 roku [17]. W ko- lizm, zosta³y podzielone na 3 grupy. Pierwsza z nich lejnych latach pojawi³o siê wiele prac dotycz¹cych to szczepy obligatoryjnie homofermentatywne, które plazmidów obecnych w komórkach tych bakterii, wy- w wyniku fermentacji cukrów produkuj¹ kwas mleko- izolowanych z materia³u roœlinnego [23], miêsa [3], wy. Druga grupa to szczepy fakultatywnie heterofer- kiszonek [39], zakwasu [58, 94] i przewodu pokar- mentatywne, które podczas fermentacji cukrów mog¹ mowego [47, 56]. Z badañ tych wynika, ¿e wiele produkowaæ sam kwas mlekowy lub jeszcze dodatko- gatunków pa³eczek Lactobacillus, choæ nie wszystkie, wo kwas octowy, etanol i dwutlenek wêgla. Natomiast posiada jeden lub wiêcej plazmidów (zazwyczaj od trzecia grupa to szczepy obligatoryjnie heterofermen- 1 do 10) [72, 100]. Jedynie w przypadku szczepów tatywne, które fermentuj¹ cukry do kwasu mlekowego, Lactobacillus plantarum wykazano obecnoœæ plaz- kwasu octowego, etanolu i CO2 [8, 71, 95]. midów we wszystkich szczepach, pomimo, ¿e izolo- wane by³y z ró¿nych œrodowisk [39, 48]. Dodatkowo R u i z - B a r b a i wsp. odkryli, ¿e szczep L. planta- 2. Struktura genomu i plazmidy rum LPC25 niesie a¿ 16 plazmidów [81]. Oko³o 38% gatunków nale¿¹cych do rodzaju Lac- Najlepiej poznanym przedstawicielem rodzaju Lac- tobacillus zawiera plazmidy, których wielkoœæ waha tobacillus jest L. plantarum WCFS1, którego genom siê od 1200 pz do 1690 pz [71, 100]. U wiêkszoœ- ma wielkoœæ 3308274 pz, z 3052 otwartymi ramka- ci gatunków wystêpuj¹ ma³e plazmidy o wielkoœci mi odczytu i zawartoœci¹ par zasad G+C wynosz¹c¹ poni¿ej 10000 pz. [100]. Du¿e plazmidy (powy¿ej 44,5% [51]. 100000 pz) zosta³y odkryte u szczepów: L. acidophilus Zastosowanie techniki PFGE (Pulsed Field Gel (pPM68, 110000 pz), L. gasseri CNRZ222 (150000 pz), Electrophoresis) dostarczy³o pierwszych szacunkowych L. plantarum (dwa plazmidy: 108000 pz i 169000 pz) ocen wielkoœci chromosomalnego DNA u bakterii z ro- [59, 65, 79]. dzaju Lactobacillus [19, 50]. Badania R o u s s e l l’ a Przewa¿aj¹ca wiêkszoœæ plazmidów znalezionych i wsp. pozwoli³y na okreœlenie wielkoœci genomu szcze- u bakterii Lactobacillus to ma³e plazmidy kryptyczne. pów L. gasseri i L. acidophilus, które odpowiednio wy- Czêœæ z nich zosta³a zsekwencjonowana i stwierdzono, nosz¹ 1 850 000 pz i 2 000 000 pz [79]. S¹ to relatyw- ¿e koduj¹ one jedynie bia³ka niezbêdne do ich repli- nie ma³e genomy, jeœli porówna siê je z genomami bak- kacji. Nale¿¹ do nich plazmidy wystêpuj¹ce u szcze- terii, takich jak E. coli (4 700 000 pz), Bacillus cereus pów: L. plantarum (pA1, pLP1, p8014-2, pC30i1, (5700000 pz) czy Salmonella enterica (4 800 000 pz). pLB4), L. pentosus (p353-2), L. helveticus (pLJ1), Mniejsze rozmiary genomu bakterii Lactobacillus, L. hilgardii (pLAB1000) [50, 72]. szczególnie tych wystêpuj¹cych w przewodzie pokar- Istniej¹ równie¿ plazmidy, których obecnoœæ warun- mowym, mog¹ wynikaæ z ich przystosowania do kuje specyficzne w³aœciwoœci bakterii. Takie plazmidy naturalnych miejsc bytowania, bogatych w sk³adniki nios¹ ze sob¹ geny koduj¹ce metabolizm glukozy [57] od¿ywcze, w których wiele genów dla szlaków biosyn- i innych wêglowodanów [18], aminokwasów [87], tetycznych sta³o siê niepotrzebnych. M o r i s h i t a produkcjê N-acetyl-glukozaminy [93], opornoœæ na i wsp. wykazali, ¿e takie szczepy Lactobacillus mog¹ antybiotyki [6], produkcjê bakteriocyn i opornoœæ na nieœæ mutacje hamuj¹ce biosyntezê aminokwasów bakteriocyny [65] oraz wytwarzanie œluzu [3]. (te szczepy przestaj¹ byæ prototrofami). Mog³y one Znaczna wiêkszoœæ plazmidów, zlokalizowana równie¿ wyeliminowaæ ze swojego genomu geny nie- w szczepach dzikich, jest segregacyjnie stabilna i ho- których szlaków biosyntetycznych, jako rezultat ewo- dowla takich szczepów w warunkach laboratoryjnych lucji w œrodowiskach bogatych w sk³adniki od¿ywcze nie ma widocznego wp³ywu na obecnoœæ tych struktur [50, 64]. Zmiany w genomach powstaj¹ce podczas w komórkach bakterii [72]. Jednym z wyj¹tków s¹ adaptacyjnej ewolucji bakterii w ró¿nych œrodowis- plazmidy wystêpuj¹ce u szczepów nale¿¹cych do ro- kach, mog¹ czêœciowo t³umaczyæ heterogenicznoœæ dzaju Lactobacillus, na których stabilnoœæ ma wp³yw rodzaju i ró¿norodnoœæ w obrêbie gatunku [50]. wiele czynników, takich jak stosowanie antybiotyków, Plazmidy to pozachromosomowe ruchome elemen- pod³o¿a, temperatura inkubacji, czy te¿ sposób prze- ty genetyczne, zdolne do autonomicznej replikacji i sta- chowywania komórek [100]. bilnego utrzymywania siê w komórce gospodarza, nie- Badania S i n h a wykaza³y, ¿e na stabilnoœæ plaz- zawieraj¹ce genów metabolizmu podstawowego. Mog¹ midów maj¹ wp³yw warunki hodowli. Przedmiotem BAKTERIOCYNY PROBIOTYCZNYCH PA£ECZEK Z RODZAJU LACTOBACILLUS 89 jego badañ by³ szczep L. plantarum caTC2, nios¹cy na wytwarzan¹ przez siebie bakteriocynê, poniewa¿ trzy plazmidy (6500, 8500, 10600 pz), który by³ ho- dodatkowo koduj¹ bia³ka blokuj¹ce aktywnoœæ bak- dowany na ró¿nych pod³o¿ach zawieraj¹cych 2% glu- teriocyny we wnêtrzu komórki bakterii. kozy, maltozy lub laktozy, w temperaturze 30°C i 21°C Bakteriocyny produkowane przez pa³eczki Lac- przez 7 dni. Autor stwierdzi³, ¿e szczep hodowany na tobacillus by³y obiektem badañ w okresie minionych pod³o¿u z laktoz¹ w temperaturze 21°C utraci³ jeden dziesiêcioleci. Szczególn¹ uwagê poœwiêcono tym z plazmidów (8500 pz) [89, 90]. Z kolei badania szczepom Lactobacillus, które stosowano do pro- Vo n H u s b y i N e s ujawni³y, ¿e przechowywanie dukcji fermentowanej ¿ywnoœci, g³ównie produktów przez 7 lat szczepu L. plantarum DSM1959, maj¹cego z mleka, miêsa i warzyw. Badania B a r e f o o t a szeœæ plazmidów, spowodowa³o utratê dwóch z nich i Klaenhammera wykaza³y, ¿e 63% z 52 prze- (pNI2 i pNI3) oraz pojawienie siê jednego nowego badanych szczepów L. acidophilus produkuje bak- (pNI5) [99]. Dodatkowo niektóre cechy przekazywane teriocyny [10]. Wytwarzane przez nie bakteriocyny przez plazmidy, takie jak wykorzystanie maltozy czy hamowa³y rozwój blisko spokrewnionych szczepów galaktozy, mog¹ byæ dziedziczone niestabilnie [44, 57]. Lactobacillus (L. helveticus, L. lactis, L. acidophilus, Wzglêdna niestabilnoœæ charakteryzuj¹ca du¿e plaz- L. fermentum) oraz Enterococcus faecalis [50]. midy nie zosta³a stwierdzona w odniesieniu do ma³ych kryptycznych plazmidów. W szczepach L. plantarum i L. pentosus zosta³y odkryte takie plazmidy, które nie 4. Klasyfikacja bakteriocyn wytwarzanych mog¹ byæ wyeliminowane przez hodowlê w subletal- przez bakterie Gram-dodatnie nych temperaturach lub w obecnoœci akryflawiny czy nowobiocyny, a wiêc w warunkach zwykle stosowa- Bakteriocyny produkowane przez bakterie Gram- nych do leczenia wiêkszoœci szczepów z plazmidów dodatnie po raz pierwszy zosta³y sklasyfikowane przez [12, 53]. Obecnoœæ tych ma³ych plazmidów mo¿e Klaenhammera w 1993 roku [49]. Klasyfikacja dawaæ szczepom selekcyjn¹ przewagê nad szczepami ta by³a wielokrotnie modyfikowana i obecnie uwzgled- pozbawionymi tych struktur w warunkach pozalabo- nia siê cztery g³ówne klasy bakteriocyn, w obrêbie latoryjnych, mimo, ¿e nie koduj¹ one genów wa¿nych których utworzone zosta³y podklasy [5, 38, 67]. dla komórki [72]. Klasa I obejmuje lantybiotyki, bêd¹ce temostabil- nymi peptydami o masie cz¹steczkowej poni¿ej 5 kDa. Zawieraj¹ one w sk³adzie nietypowe aminokwasy, takie 3. Bakteriocyny jak lantionina lub 3-metylolantionina. Podzielono je na dwa typy. Do typu A nale¿¹ liniowe peptydy obda- Bakterie kwasu mlekowego odgrywaj¹ zasadnicz¹ rzone dodatnim ³adunkiem, o masie cz¹steczkowej od rolê w procesach fermentacji ¿ywnoœci. S¹ one alter- 2,164 do 3,488 kDa, których mechanizm dzia³ania natyw¹ dla chemicznych konserwantów spo¿ywczych, polega na tworzeniu porów w b³onie komórkowej od kiedy wiadomo, ¿e ich komórkowe metabolity, takie bakterii. Typ B to bakteriocyny o budowie cyklicznej, jak: kwasy organiczne (g³ównie kwas mlekowy i octo- maj¹ce ³adunek ujemny lub pozbawione ³adunku, o ma- wy), nadtlenek wodoru oraz bakteriocyny, hamuj¹ sie cz¹steczkowej od 1,959 do 2,041 kDa [42]. wzrost bakterii patogennych i organizmów zanieczysz- Do klasy II nale¿¹ bakteriocyny nielantybiotyko- czaj¹cych ¿ywnoœæ i powoduj¹cych jej psucie [20]. we, które nie zawieraj¹ w swoim sk³adzie lantioniny. Doskona³ym przyk³adem szczepów wytwarzaj¹cych S¹ to termostabilne peptydy o masie cz¹steczkowej naturalne konserwanty spo¿ywcze s¹ pa³eczki z ro- poni¿ej 10 kDa. Na podstawie ró¿nic w ich budowie dzaju Lactobacillus, licznie zasiedlaj¹ce przewód wyodrêbnione zosta³y trzy podklasy. Do podklasy IIa pokarmowy ludzi i zwierz¹t. Wprowadzenie bakterii zalicza siê pedicynopodobne bakteriocyny o silnej do uk³adu pokarmowego gospodarza, pozwala skutecz- aktywnoœci wobec bakterii z rodzaju Listeria. Pod- nie regulowaæ sk³ad bioty jelitowej, stymulowaæ uk³ad klasa IIb obejmuje bakteriocyny dipeptydowe, które odpornoœciowy i usprawniæ perystaltykê jelit. do uzyskania pe³nej aktywnoœci antybakteryjnej wyma- Bakteriocyny to niskocz¹steczkowe zwi¹zki che- gaj¹ dzia³ania kompleksu z³o¿onego z dwóch peptydów. miczne zbudowane z prostych peptydów lub komplek- Do podklasy IIc nale¿¹ bakteriocyny wydzielane na sów polipeptydów, wykazuj¹ce w³aœciwoœci antybakte- drodze sekrecji typu Sec. ryjne, zazwyczaj wobec gatunków blisko spokrew- Klasa III skupia bakteriocyny o du¿ej masie cz¹s- nionych z producentem [42]. Produkowane s¹ przez teczkowej (>30 kDa), termolabilne, produkowane g³ów- bakterie Gram-dodatnie, takie jak: Lactobacillus, Lac- nie przez bakterie z rodzaju Lactobacillus [20, 42, 69]. tococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Propionibacte- Klasa IV obejmuje bakteriocyny, które do uzyska- rium, Enterococcus oraz bakterie Gram-ujemne, takie na pe³nej aktywnoœci wymagaj¹ obecnoœci czêœci lipi- jak: E. coli, Pseudomonas [11]. Bakterie te s¹ oporne dowej lub wêglowodanowej w cz¹steczce. Istnienie 90 ANNA S£OÑSKA, DANUTA KLIMUSZKO czwartej klasy zosta³o stwierdzone w wyniku obser- transportowe bior¹ce udzia³ w wydzielaniu przez b³o- wacji, ¿e aktywnoœæ niektórych bakteriocyn jest nisz- nê – ABC-transportery (LanT), proteinazê odcinaj¹c¹ czona przez dzia³anie enzymów glikolitycznych lub peptyd liderowy (LanP), enzymy odpowiedzialne za lipolitycznych [42, 43, 84]. modyfikacje (LanB, C/LanM) oraz bia³ka regulato- rowe (LanK, R) [84].

5. Organizacja operonu biosyntezy bakteriocyn 6. Lokalizacja operonu biosyntezy bakteriocyn Geny koduj¹ce produkcjê bakteriocyn zorganizowa- ne s¹ w postaci operonowych klastrów. Najprostszy Synteza bakteriocyn zachodzi pod kontrol¹ genów klaster zbudowany jest z co najmniej dwóch genów: zlokalizowanych na bakteryjnym chromosomie, na genu koduj¹cego bia³ko strukturalne – bakteriocynê plazmidach lub na transpozonach (zarówno na plaz- oraz genu koduj¹cego bia³ko opornoœci na ni¹. Taka midzie, jak i w chromosomie). budowa operonu, z³o¿onego tylko z dwóch genów, Chromosomalna lokalizacja operonu zosta³a po- charakterystyczna jest dla bakteriocyn klasy IIc, wy- twierdzona dla bakteriocyn klasy I: mutacyny II i mu- dzielanych na drodze sekrecji z udzia³em bia³ek Sec, tacyny III (Streptococcus mutant), saliwarycyny A do których nale¿y diwergicyna A, produkowana przez (Streptococcus salivarius) oraz klasy II: enterocyny A Carnobacterium divergens [26, 102]. i B (Enterococcus faecium), diwercyny V41 (Carno- W wiêkszoœci przypadków, wydzielanie bakteriocyn bacterium divergens), laktacyjny F (L. johnsonii) oraz wymaga specyficznego mechanizmu eksportowego, plantarycyny A i S (L. plantarum) [4, 25, 26, 30, 43, który podlega wielu czynnikom regulacyjnym, co czy- 68, 73, 74, 78, 102]. ni taki operon du¿o bardziej skomplikowanym. Ogólna Znacznie czêœciej operony bakteriocyn zlokalizo- organizacja genów biosyntezy bakteriocyn klasy IIa wane s¹ na plazmidach. Taka lokalizacja sprzyja we- i IIb jest bardzo podobna i sprowadza siê do uk³adu wn¹trz- i miêdzygatunkowemu rozpowszechnianiu siê z³o¿onego z strukturalnego genu koduj¹cego peptyd genów koduj¹cych bakteriocyny wœród bakterii fer- prekursorowy, genu opornoœci, genów ABC-transpor- mentacji mlekowej. Bakteriocyny kodowane przez tera (ATP-binding cassette) oraz bia³ka pomocniczego. geny plazmidowe to: laktycyna 481 i laktycyna 3147 W niektórych przypadkach, dodatkowo mog¹ wyst¹piæ (L. lactis), pediocyna PA-1 i pediocyna AcH (Pedio- geny regulatorowe [26]. coccus acidilactici), sakacyna A (L. sakei), diwergicy- Przyk³adem bakteriocyny pedicynopodobnej, nale- na A (Carnobacterium divergens), enterocyna P (Ente- ¿¹cej do klasy IIa, jest pediocyna AcH. Zawiera ona rococcus faecium) i inne [7, 15, 22, 26, 60, 70, 102]. N-koñcowy peptyd sygnalny z³o¿ony z dwóch reszt Nietypow¹ lokalizacjê operonu wykazuje nielanty- glicynowych, który jest odcinany równoczeœnie z se- biotykowa bakteriocyna – karnobakteriocyna BM1, krecj¹ bakteriocyny z komórki przez ABC-transpor- produkowana przez Carnobacterium piscicola. Pod- tery. Operon biosyntezy pediocyny AcH z³o¿ony jest czas, gdy jej gen strukturalny znajduje siê na bakteryj- z czterech genów: genu koduj¹cego pre-pediocynê nym chromosomie, jego ekspresja uzale¿niona jest od (papA), genu koduj¹cego bia³ko opornoœci (papB) obecnoœci plazmidu (61000 pz), który zawiera geny oraz dwóch genów reguluj¹cych mechanizm sekrecji, niezbêdne do transportu bakteriocyny i geny koduj¹ce niezbêdnych w czasie translokacji bakteriocyny przez bia³ka opornoœci [26, 75]. b³onê i podczas odcinania peptydu liderowego (papC i papD) [15]. Sakacyna A, produkowana przez L. sakei, jest 7. Biosynteza bakteriocyn równie¿ pedicynopodobn¹ bakteriocyn¹, jednak¿e jej operon wykazuje odmienn¹ budowê. Z³o¿ony jest Bakteriocyny syntetyzowane s¹ na rybosomach z dwóch czêœci rozdzielonych sekwencj¹ IS1163 i sk³a- w postaci prepeptydów, które nastêpnie s¹ przekszta³- da siê z szeœciu genów koduj¹cych: pre-sakacynê cane w dojrza³e peptydy i wydzielane poza komórkê (sapA), bia³ko opornoœci (saiA), kinazê histydynow¹ producenta za pomoc¹ odpowiedniego mechanizmu (sapK), bia³ko regulatorowe (sapR), ABC-transporter transportowego [66]. Produkcja bakteriocyny zwi¹- (sapT) oraz bia³ko transportowe (sapE) [7]. zana jest z procesem wzrostu komórek bakterii i naj- Najbardziej skomplikowan¹ budowê operonu maj¹ intensywniej zachodzi w czasie fazy wzrostu logaryt- lantybiotyki, co wynika z tego, ¿e jako jedyne ulegaj¹ micznego [84]. ca³kowitej potranslacyjnej modyfikacji. Operon bio- Wiêkszoœæ bakteriocyny wyposa¿onych jest w N- syntezy lantybiotyków zawiera geny koduj¹ce: prepep- koñcowy peptyd sygnalny, który jest odcinany przed tyd (LanA), bia³ka opornoœci, chroni¹ce przed dzia- lub podczas sekrecji bakteriocyny z komórki. Ogólny ³aniem bakteriocyn (LanI/LanE/LanF/LanG), bia³ka szlak biosyntezy bakteriocyn sk³ada siê z kilku etapów: BAKTERIOCYNY PROBIOTYCZNYCH PA£ECZEK Z RODZAJU LACTOBACILLUS 91 syntezy prepeptydu, odciêcia peptydu sygnalnego oraz o niskim pH, co szczególnie dotyczy bakteriocyn kla- transportu zmodyfikowanego prepeptydu lub dojrza- sy I i IIa. González i wsp. wykazali, ¿e planta- ³ego peptydu przez b³onê cytoplazmatyczn¹. Schemat rycyna C jest stabilna w kwaœnym i neutralnym pH, ten wykazuje pewne ró¿nice, w zale¿noœci od klasy natomiast inkubacja w warunkach alkalicznego pH bakteriocyny. powoduje jej odwracaln¹ inaktywacjê [36]. Ponadto, Szlak biosyntezy lantybiotyków jest najbardziej bakteriocyny nale¿¹ce do wy¿ej wymienionych klas, skomplikowany. Lantybiotyki ró¿ni¹ siê od innych wykazuj¹ du¿¹ termostabilnoœæ przy kwaœnym pH, bakteriocyn, poniewa¿ jako jedyne podlegaj¹ ca³ko- która obni¿a siê wraz z jego wzrostem. Ze wzglêdu witym potranslacyjnym modyfikacjom, które dotycz¹ na swoj¹ bia³kow¹ naturê szybko ulegaj¹ inaktywacji reszt seryny, treoniny i cysteiny. Zwykle hydroksy- w wyniku dzia³ania proteaz, g³ównie trypsyny, "-chy- aminokwasy – seryna i treonina (Ser i Thr) ulegaj¹ motrypsyny oraz pepsyny. dehydratacji, odpowiednio, do form didehydroalaniny (Dha) i didehydrobutyniny (Dhb). Nastêpnie ",$-nie- nasycone reszty Dha i Dhb ulegaj¹ reakcji substytucji 8. Mechanizm dzia³ania bakteriocyn nukleofilowej grup SH z reszty cysteiny, co prowadzi do powstania lantioniny (Lan) i 3-metylolantioniny Oddzia³ywanie bakteriocyn na komórki wra¿liwe (MeLan), form charakterystycznych dla lantybioty- mo¿e mieæ charakter bakteriobójczy lub bakteriosta- ków. Dodatkowo lantybiotyki w oparciu o przebieg tyczny. Wiêkszoœæ bakteriocyn wykazuje bakteriobój- biosyntezy, zosta³y podzielone na trzy grupy, które nie cze dzia³anie, powoduj¹c gwa³towne zmniejszenie po- maj¹ zwi¹zku z opisanym wy¿ej podzia³em na typ A pulacji bakterii wra¿liwych. i typ B [82, 97]. Mechanizm dzia³ania bakteriocyn polega na desta- Do pierwszej grupy nale¿¹ nizyna, subtilina i epi- bilizacji b³ony cytoplazmatycznej wra¿liwych bakterii dermina. Biosynteza tych lantybiotyków wymaga poprzez tworzenie w niej przejœciowych kompleksów obecnoœci dwóch enzymów modyfikacyjnych: enzymu poracyjnych i kana³ów jonowych. Towarzyszy temu LanB, bior¹cego udzia³ w reakcji dehydratacji oraz bierny wyp³yw ma³ych cz¹steczek, takich jak: jony enzymu LanC, odpowiadaj¹cego za powstanie tioeteru potasu, magnezu i fosforu, aminokwasy i ATP. W efek- [45, 62]. Nastêpnie od zmodyfikowanego prepeptydu cie dochodzi do zaburzenia potencja³u membranowe- zostaje odciêty peptyd sygnalny (LanP), a dojrza³y pep- go, gradientu pH i zahamowania funkcji pompy proto- tyd jest transportowany przez ABC-transpoter (LanT) nowej. Niski poziom ATP i niedobór jonów w komórce poza komórkê [46, 88, 97]. prowadzi do zahamowania syntezy DNA, RNA, bia- Druga grupa, do której nale¿¹ laktycyna 481, mu- ³ek i polisacharydów. Zahamowanie aktywnego trans- tacyna II i saliwarycyna A, to lantybiotyki modyfiko- portu sk³adników od¿ywczych powoduje œmieræ ko- wane przez jeden enzym – LanM. Modyfikacja ta ma mórki bakteryjnej [13, 63]. miejsce równoczeœnie z transportem bakteriocyny przez Taki mechanizm dzia³ania zosta³ zaobserwowany ABC-transporter [97, 98]. miêdzy innymi u Lactobacillus sakei subsp. sakei 2a, Do trzeciej grupy nale¿y laktocyna S, stafylokok- bakterii wyizolowanej z brazylijskiej kie³basy wie- cyna C55 i laktycyna 3147. Ta grupa bakteriocyn rów- przowej. Wykazano, ¿e bakteria ta potrafi hamowaæ nie¿ modyfikowana jest przez jeden enzym – LanM, wzrost Listeria monocytogenes w po¿ywkach, sys- jednak¿e modyfikacja nastêpuje przed ich sekrecj¹, co temach spo¿ywczych i w mysim przewodzie pokar- odró¿nia je od bakteriocyn grupy drugiej [92, 97]. mowym. Bakteriocyna produkowana przez ten szczep Bakteriocyny nale¿¹ce do klasy II, w odró¿nieniu – sakacyna P, powoduje formowanie porów w b³onie od lantybiotyków, podlegaj¹ minimalnej modyfikacji. komórkowej i rozproszenie protonowej si³y motorycz- Syntetyzowane s¹ w postaci prepeptydów z N-koñco- nej wra¿liwych komórek szczepu L. monocytogenes wym peptydem sygnalnym, zawieraj¹cym dwie reszty Scott A. Dochodzi równie¿ do obni¿enia koncentra- glicynowe, odcinanym równoczeœnie z sekrecj¹ bak- cji wewn¹trzkomórkowego ATP oraz do wyp³ywu teriocyny z komórki przez odpowiedni ABC-trans- 5(6)-karboksyfluoresceiny z liposomów [9, 24]. porter. Wyj¹tek stanowi¹ bakteriocyny klasy IIc, które Innym mechanizmem dzia³ania bakteriocyn na wydzielane s¹ na drodze sekrecji przy udziale bia³ek wra¿liwe komórki jest zdolnoœæ do wywo³ywania lizy Sec [40, 84, 102]. komórki. Ma to miejsce wówczas, gdy bakteriocyna Bakteriocyny s¹ cz¹steczkami o charakterze katio- wchodzi w interakcjê z kwasami: tejchojowym, lipo- nowym, zawieraj¹cymi regiony hydrofobowe lub/i tejchojowym lub tejchuronowym, bêd¹cymi sk³adni- hydrofilowe. Wykazuj¹ du¿e zró¿nicowanie pod wzglê- kami œciany komórkowej. Dochodzi do uwolnienia dem d³ugoœci ³añcucha, sekwencji i sk³adu aminokwa- i aktywacji zwi¹zanych z tymi kwasami enzymów sów, potranslacyjnej modyfikacji, sekrecji i aktywnoœci autolitycznych, co w efekcie prowadzi do autolizy antybakteryjnej. Nie trac¹ aktywnoœci w œrodowisku komórki. Takie dzia³anie ma miejsce w przypadku 92 ANNA S£OÑSKA, DANUTA KLIMUSZKO plantarycyny C wytwarzanej przez Lactobacillus plan- oddzia³ywanie probiotyków nastêpuje poprzez inter- tarum LL441. W swoich badaniach G onzáleza akcje zachodz¹ce pomiêdzy szczepami probiotycznymi i wsp. wykazali, ¿e bakteriocyna ta powoduje ca³ko- i bakteriami patogennymi. Dotyczy to przede wszyst- wit¹ lizê komórek szczepu L. delbrueckii subsp. bul- kim wspó³zawodnictwa o sk³adniki od¿ywcze i o miejs- garicus LMG 13551 [36, 42] ce do adhezji. Pa³eczki Lactobacillus stwarzaj¹ nie- Bakteriocyny, takie jak nizyna czy wiêkszoœæ lanty- korzystne œrodowisko dla bakterii chorobotwórczych, biotyków, dodatkowo mog¹ zaburzaæ procesy biosynte- poniewa¿ produkuj¹ zwi¹zki obni¿aj¹ce pH w prze- zy œciany komórkowej. Hamuj¹ syntezê peptydoglika- wodzie pokarmowym i dzia³aj¹ce hamuj¹co na wzrost nu na poziomie transglikozylacji, przy czym biosynteza s¹siaduj¹cych bakterii. Miêdzy innymi nale¿¹ do nich DNA, RNA i bia³ek zachodzi bez zak³óceñ [34, 63]. opisane wy¿ej bakteriocyny [31, 37]. Dzia³anie antybakteryjne bakteriocyn najsilniej skierowane jest wobec mikroorganizmów blisko spo- 9. Bakteriocynogennoœæ a w³aœciwoœci krewnionych ze szczepem wytwarzaj¹cym okreœlon¹ probiotyczne bakterii z rodzaju Lactobacillus bakteriocynê. Definicja ta dotyczy wiêkszoœci bakte- riocyn. Jednak najnowsze badania wykazuj¹, ¿e wiele Bakterie nale¿¹ce do rodzaju Lactobacillus s¹ bar- z nich mo¿e hamowaæ rozwój bakterii, nale¿¹cych do dzo czêsto stosowane w preparatach probiotycznych. innych gatunków ni¿ producent. Szczepy maj¹ce potwierdzone w³aœciwoœci probiotycz- Ze wzglêdu na zakres dzia³ania wyró¿niono trzy ne i stosowane jako probiotyki nale¿¹ do gatunków: grupy bakteriocyn: 1) o w¹skim spektrum aktyw- L. bulgaricus, L. acidophilus, L. casei, L. helveticus, noœci, dzia³aj¹ce na szczepy wewn¹trz tego samego L. lactis, L. salivarius i L. plantarum. Wszystkie wy¿ej gatunku, 2) wykazuj¹ce umiarkowany zakres aktyw- wymienione gatunki zasiedlaj¹ przewód pokarmowy noœci, skierowanej równie¿ na inne rodzaje bakterii ludzi i zwierz¹t. Wyj¹tek stanowi¹ szczepy L. bulgari- ni¿ producent, w tym wiele organizmów patogennych cus, które stosowane s¹ jako starterowe kultury bakte- (np.: Salmonella spp., Campylobacter jejuni, Listeria ryjne do produkcji ¿ywnoœci fermentowanej [31]. monocytogenes, Clostridium botulinum, Staphylococ- Termin probiotyki, z greckiego pro bios – „dla cus aureus), 3) o szerokim zakresie inhibicji, obejmuj¹- ¿ycia”, po raz pierwszy zosta³ u¿yty przez L illy cej bakterie Gram-dodatnie, Gram-ujemne oraz spory i Stillwell’a w 1965 roku do opisania substancji bakterii przetrwalnikuj¹cych [34]. wydzielanych przez jeden mikroorganizm, które po- Najlepiej poznan¹ bakteriocyn¹ nale¿¹c¹ do klasy budzaj¹ wzrost drugiego [55, 86]. W miarê rozwoju I jest nizyna, produkowana przez Lactococcus lactis nauki pojawiaj¹ce siê w literaturze definicje probio- subsp. lactis. Nizyna charakteryzuje siê szerokim za- tyków by³y modyfikowane, rozszerzane i uzupe³niane kresem aktywnoœci antybakteryjnej skierowanej zarów- o nowe elementy. Aktualnie za probiotyki uwa¿a siê no przeciwko bakteriom Gram-dodatnim, takim jak: preparaty lub produkty ¿ywnoœciowe zawieraj¹ce ¿ywe Lactococcus, Lactobacillus, Streptococcus, Staphylo- mikroorganizmy, które wywieraj¹ korzystny wp³yw na coccus, Micrococcus, Pediococcus, Listeria i Myco- organizm gospodarza, poprzez poprawê równowagi bacterium, jak i bakteriom gramujemnym (E. coli bioty jelitowej, a co za tym idzie pozytywnie wp³ywaj¹ i Salmonella). Zapobiega równie¿ tworzeniu przetrwal- na wzrost i rozwój zwierz¹t [31, 37]. ników i hamuje rozwój komórek wegetatywnych bak- G³ównym zadaniem bakterii probiotycznych jest terii z rodzaju Bacillus i Clostridium [1, 20, 21, 32]. utrzymanie równowagi mikrobiologicznej przewodu Bakteriocynami wykazuj¹cymi w¹ski zakres aktyw- pokarmowego, zarówno iloœciowej, jak i jakoœcio- noœci s¹ laktokokcyna A produkowana przez Lactococ- wej. Bakterie bêd¹ce sk³adnikiem preparatów pro- cus lactis subsp. cremoris oraz acydocyna J1132 pro- biotycznych powinny cechowaæ siê nastêpuj¹cymi dukowana przez L. acidophilus JCM 1132, które w³aœciwoœciami: zdolnoœci¹ do szybkiego, dynamicz- hamuj¹ rozwój szczepów nale¿¹cych do tego samego nego namna¿ania siê i do kolonizacji przewodu gatunku [40, 96]. pokarmowego, konkurencyjnoœci¹ o sk³adniki pokar- Na korzystny wp³yw pa³eczek z rodzaju Lactoba- mowe w stosunku do bioty patogennej, odpornoœci¹ cillus sk³ada siê nie tylko ich zdolnoœæ do wytwarza- na niskie pH ¿o³¹dka i na kwasy ¿ó³ciowe w jelitach, nia bakteriocyn. Bakterie te produkuj¹ równie¿ inne zdolnoœci¹ do wytwarzania substancji o w³aœciwoœ- substancje o dzia³aniu antybakteryjnych, takie jak ciach bakteriostatycznych lub bakteriobójczych, bra- kwasy organiczne czy nadtlenek wodoru. Antybakte- kiem w³aœciwoœci patogennych lub toksycznych dla ryjny wp³yw kwasów organicznych wynika z gwa³- organizmu gospodarza [31]. townego obni¿enia pH w przewodzie pokarmowym, Mechanizm dzia³ania probiotyków, na który sk³ada co powoduje inhibicjê aktywnoœci biochemicznej siê wiele czynników, nie zosta³ jeszcze dobrze poznany. mikroorganizmów przez niezdysocjowane cz¹steczki Na podstawie badañ F u l l e r a mo¿na stwierdziæ, ¿e kwasu [91]. Natomiast nadtlenek wodoru hamuje roz- BAKTERIOCYNY PROBIOTYCZNYCH PA£ECZEK Z RODZAJU LACTOBACILLUS 93 wój i zabija te bakterie, które nie wytwarzaj¹ enzymów w organizmie szkodliwych substancji oraz powstawa- takich jak katalaza czy peroksydaza [27]. nia antybiotykoopornych szczepów bakterii patogen- Preparaty probiotyczne zawieraj¹ce pa³eczki Lacto- nych. Bakterie z rodzaju Lactobacillus maj¹ zdolnoœæ bacillus wytwarzaj¹ce bakteriocyny wykazuj¹ równie¿ do wytwarzania substancji dzia³aj¹cych antagonistycz- dzia³anie antynowotworowe. Mog¹ hamowaæ wzrost nie na szereg drobnoustrojów, w tym wiele gatunków niektórych komórek nowotworowych [76], ograniczaæ chorobotwórczych. Najwa¿niejsze z nich s¹ bakterio- rozwój bakterii syntetyzuj¹cych enzymy (np.: $-glu- cyny, które wytwarzane s¹ przez wiekszoœæ szczepów kozydazy, $-glukuronidazy, azoreduktazy) katalizuj¹ce z rodzaju Lactobacillus. przemiany zwi¹zków prokancerogennych do kancero- W zwi¹zku z licznymi zagro¿eniami wynikaj¹cymi gennych oraz usuwaæ zwi¹zki rakotwórcze pochodz¹ce z u¿ywania antybiotyków, Parlament Europejski wyda³ z diety lub tworzone przez bakterie chorobotwórcze rozporz¹dzenie na mocy którego z dniem 1 stycznia w jelitach, poprzez skrócenie czasu pasa¿u treœci po- 2006 roku w krajach Unii Europejskiej wprowadzono karmowej przez przewód pokarmowy [16, 31, 35]. ca³kowity zakaz stosowania antybiotyków paszowych Bakterie fermentacji mlekowej zdolne s¹ do hamowa- w ¿ywieniu zwierz¹t (Rozporz¹dzenie nr 1831/2003 nia aktywnoœci nitroreduktazy (odpowiedzialnej za Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 22 wrzeœnia syntezê nitrozoamin), jak równie¿ do wi¹zania nitro- 2003 r. w sprawie dodatków stosowanych w ¿ywieniu zoamin i innych substancji mutagennych, takich jak zwierz¹t). Dlatego te¿ alternatyw¹ dla antybiotyków azotobarwniki czy mykotoksyny [31, 35, 80]. Takie stosowanych jako dodatki do pasz zwierzêcych sta³y dzia³anie antynowotworowe wykazuje plantarycyna A siê preparaty probiotyczne, których efekty dzia³ania s¹ produkowana przez Lactobacillus plantarum C11. zbli¿one do efektów uzyskanych podczas stosowania Badania S a n d’ a i wsp. prowadzone na rakowych antybiotyków jako dodatków paszowych. Jedne i dru- i normalnych komórkach przysadki szczura wykaza³y, gie, mimo ¿e ich mechanizm dzia³ania jest odmienny, ¿e plantarycyny A powoduje permabilizacjê b³ony ko- s¹ stymulatorami wzrostu i redukuj¹ liczbê bakterii mórek rakowych, a co za tym idzie ich zniszczenie [83]. chorobotwórczych. Jednak¿e w przypadku stosowania Bakterie probiotyczne wspomagaj¹ równie¿ specy- probiotyków nie wystêpuj¹ efekty uboczne, nie s¹ ficzne i niespecyficzne mechanizmy obronne cz³owie- odk³adane szkodliwe substancje, jak równie¿ nie ist- ka i zwierz¹t. Badania M c C r acken’a i wspó³pra- nieje niebezpieczeñstwo ich przedawkowania. Dlatego cowników (1999) wykaza³y, ¿e dzienne wzbogacenie z punktu widzenia zarówno konsumenta, jak i pro- diety o 109–1012 komórek bakterii probiotycznych ju¿ ducenta ¿ywnoœci, jest to sposób na otrzymanie bez- po kilku tygodniach mo¿e spowodowaæ wzrost liczby piecznej ¿ywnoœci [31, 54]. komórek bójczych w surowicy krwi oraz zwiêkszyæ aktywnoœæ makrofagów i limfocytów [61]. Dodatkowo, niektóre szczepy mog¹ indukowaæ wytwarzanie cyto- Piœmiennictwo kin, immunoglobulin, interferonu " i $ (IFN-", IFN-$) oraz czynnika martwicy nowotworu (TNF-" ) [11]. 1. Abee T., Krockel L., Hill C.: Bacteriocins: modes of action Inne korzystne dzia³ania probiotyków potwierdzo- and potentials in food preservation and control of food no w zapobieganiu i ³agodzeniu biegunek bakteryj- poisoning. Int. J. Food Microbiol. 28, 169–185 (1995) 2. Aguirre M., Collins M.D.: Lactic acid bacteria and human nych i wirusowych, leczeniu nawykowych zaparæ clinical infection. J. Appl. Bacteriol. 75, 95–107 (1993) i chorób zapalnych jelit, alergiach pokarmowych, nie- 3. Ahrné S., Molin G., Stahl S.: Plasmids in Lactobacillus iso- tolerancji laktozy, obni¿aniu poziomu cholesterolu we lated from meat and meat products. Syst. Appl. Microbiol. krwi, zaka¿eniach uk³adu moczowego, profilaktyce 11, 320–325 (1989) osteoporozy oraz leczeniu zaburzeñ równowagi bioty 4. Allison G.E., Fremaux C., Klaenhammer T.R.: Expansion of jelitowej np. po kuracji antybiotykowej. bacteriocin activity and host range upon complementation of two peptides encoded within the lactacin F operon. J. Bac- teriol. 176, 2235–2241 (1994) 5. Asaduzzaman S.M., Sonomoto K.: Lantibiotics: diverse acti- 10. Podsumowanie vities and unique modes of action. J. Biosci. Bioeng. 107, 475–487 (2009) W ostatnich latach bardzo du¿o uwagi poœwiêca siê 6. Axelsson L.T., Ahrné S.E.I., Andersson M.C., Stahl S.R.: prozdrowotnym w³aœciwoœciom niektórych szczepów Identification and cloning of a plasmid-encoded erythro- mycin resistance determinant from Lactobacillus reuteri. bakterii fermentacji mlekowej, które tradycyjnie sto- Plasmid, 20, 171–174 (1988) sowane s¹ do produkcji ¿ywnoœci fermentowanej, 7. Axelsson L.T., Holck A.: The genes involved in production tj. serów, jogurtów, fermentowanych kie³bas, kapusty of and immunity to sakacin A, a bacteriocin from Lacto- kiszonej, wina czy piwa. Powszechnie wiadomo, ¿e bacillus sake Lb706. J. Bacteriol. 177, 2125–2137 (1995) d³ugotrwa³e stosowanie antybiotyków prowadzi do 8. Baele M., Vaneechoutte M., Verhelst R., Vancanneyt M., zniszczenia naturalnej bioty jelitowej, kumulowania siê Devriese L.A., Haesebrouck F.: Identification of Lactobacillus 94 ANNA S£OÑSKA, DANUTA KLIMUSZKO

species using tDNA-PCR. J. Microbiol. Methods, 50, plantarum C11, is located on the same transcription unit as 263–271 (2002) an agr-like regulatory system. Appl. Environ. Microbiol. 60, 9. Bambirra F.H.S., Lima K.G.C., Franco B.D.G.M., Carmona 160–166 (1994) D.C.M., Nardi R.M.D., Barbosa F.H.F., Nicoli J.R.: Protective 26. Dimov S., Ivanova N., Harizanova N.: Genetics of bacterio- effect of Lactobacillus sakei 2a against experimental chal- cins biosynthesis by lactic acid bacteria. Biotechnol. & Bio- lenge with Listeria monocytogenes in gnotobiotic mice. Lett. technol. Eq. 19, 4–10 (2005) Appl. Microbiol. 45, 663–667 (2007) 27. Eschenbach D.A., Davick P.R., Williams B.L., Klebanoff 10. Barefoot S.F., Klaenhammer T.R.: Detection and activity of S.J., Young-Smith K., Critchlow C.M., Holmes K.K.: Preva- lactacin B, a bacteriocin produced by Lactobacillus acido- lence of Hydrogen Peroxide-Producing Lactobacillus Spe- philus. Appl. Environ. Microbiol. 45, 1808–1815 (1983) cies in Normal Women and Women with Bacterial Vagino- 11. Binek M., B³aszczak B., Kizerwetter-Œwida M.: Badania ukie- sis. J. Clin. Microbiol. 27, 251–256 (1989) runkowane w zakresie regularnych gramdodatnich pa³eczek, 28. Euzéby J.P.: List of Prokaryotic names with Standing in No- w: red. K. Malicki, M. Binek: Zarys klinicznej bakteriologii menclature – Genus Lactobacillus. Copyright © J.P. Euzéby. weterynaryjnej. Wyd. SGGW, Warszawa 2004, s. 279–293 Internet: http://www.bacterio.cict.fr/ (2008) 12. Bringel F., Frey L., Hubert J.C.: Characterization, cloning, 29. Felis G.E., Dellaglio F.: Taxonomy of Lactobacillus and Bi- curing, and distribution in lactic acid bacteria of pLP1, a plas- fidobacterium. Curr. Issues Intestinal Microbiol. 8, 44–61 mid from Lactobacillus plantarum CCM 1904 and its use in (2007) shuttle vector construction. Plasmid, 22, 193–202 (1989) 30. Franz C.M.A.P., Worobo R.W., Quadri L.E.N., Schillin- 13. Brogden K.A.: Antimicrobial peptides: pore formers or meta- ger U., Holzapfel W.H., Vederas J.C., Stiles M.E.: Atypical bolic inhibitors in bacteria? Nat. Rev. Microbiol. 3, 238–250 genetic locus associated with constitutive production of en- (2005) terocin B by Enterococcus faecium BFE 900. Appl. Environ. 14. Brouqui P., Raoult D.: Endocarditis due to rare and fastidious Microbiol. 65, 2170–2178 (1999) bacteria. Clin. Microbiol. Rev. 14, 177–207 (2001) 31. Fuller R.: Probiotics in man and animals. J. Appl. Bacteriol. 15. Bukhtiyarova M., Yang R., Ray B.: Analysis of the pediocin 66, 365–378 (1989) AcH gene cluster from plasmid pSMB74 and its expression 32. Gálvez A., Abriouel H., López R.L., Ben Omar N.: Bacterio- in a pediocin-negative Pediococcus acidilactici strain. Appl. cin-based strategies for food biopreservation. Int. J. Food Environ. Microbiol. 60, 3405–3408 (1994) Microbiol. 120, 51–70 (2007) 16. Burns A.J., Rowland I.R.: Anti-carcinogenicity of probiotics 33. Garrity M. Bergey’s Taxonomic Outline of the Procaryotes, and prebiotics. Curr. Issues Intest. Microbiol. 1, 13–24 (2000) Bergey’s Manual® of Systematic Bacteriology. Second Edi- 17. Chassy B.M., Gibson E., Giuffrida A.: Evidence for extra- tion, released 4.0 October 2003 chromosomal elements in Lactobacillus. J. Bacteriol. 127, 34. Gniazdowska D., Trojanowska K.: Bakteriocyny – w³aœci- 1576–1578 (1976) woœci i aktywnoœæ przeciwdrobnoustrojowa. Biotechnolo- 18. Chassy B.M., Gibson E., Giuffrida A.: Evidence for plasmid- gia, 1, 114–130 (2005) associated lactose metabolism in Lactobacillus casei. Current 35. Goldin B.R., Gorbach S.L.: Alterations in fecal microflora Microbiol. 1, 141–144 (1978) enzymes related to diet, age, lactobacillus supplements and 19. Chevallier B., Hubert J.C., Kammerer B.: Determination of dimethylhydrazine. Cancer, 40, 2421–2426 (1977) chromosome size and number of rrn loci in Lactobacillus 36. González B., Arca P., Mayo B., Suárez J.E.: Detection, puri- plantarum by pulsed-field gel electrophoresis. FEMS Micro- fication, and partial characterization of plantaricin C, a bac- biol. Lett. 120, 51–56 (1994) teriocin produced by a Lactobacillus plantarum strain of da- 20. Chin H.S., Shim J.S., Kim J.M., Yang R., Yoon S.S.: Detec- iry origin. Appl. Environ. Microbiol. 60, 2158–2163 (1994) tion and Antibacterial Activity of A Bacteriocin Produced 37. Grela E.R., Semeniuk W.: Probiotics in animal production. by Lactobacillus plantarum. Food Sci. Biotechnol. 10, Med. Wet. 55, 222–228 (1999) 335–341 (2001) 38. Heng N.C., Burtenshaw G.A., Jack R.W., Tagg J.R.: Uberi- 21. Cintas L.M., Casaus P., Fernández M.F., Hernández P.E.: cin A, a class IIa bacteriocin produced by Streptococcus ube- Comparative antimicrobial activity of enterocin L50, pedio- ris. Appl. Environ. Microbiol. 73, 7763–7766 (2007) cin PA-1, nisin A and lactocin S against spoilage and foodbor- 39. Hill H.A., Hill J.E.: The value of plasmid profiling in moni- ne pathogenic bacteria. Food Microbiol. 15, 289–298 (1998) toring Lactobacillus plantarum in silage fermentations. Curr. 22. Cintas L.M., Casaus P., Håvarstein L.S., Hernández P.E., Microbiol. 13, 91–94 (1986) Nes I.F.: Biochemical and genetic characterization of ente- 40. Holo H., Nilssen O., Nes I.F.: Lactococcin A, a new bacte- rocin P, a novel sec-dependent bacteriocin from Enterococ- riocin from Lactococcus lactis subsp. cremoris: isolation and cus faecium P13 with a broad antimicrobial spectrum. Appl. characterization of the protein and its gene. J. Bacteriol. 173, Environ. Microbiol. 63, 4321–4330 (1997) 3879–3887 (1991) 23. Daeschel M.A., Andersson R.E., Fleming H.P.: Microbial 41. Husni R.N., Gordon S.M., Washington J.A., Longworth ecology of fermenting plant materials. FEMS Microbiol. Rev. D.L.: Lactobacillus bacteremia and endocarditis: review of 46, 357–367 (1987) 45 cases. Clin. Infect. Dis. 25, 1048–1055 (1997) 24. de Carvalho K.G., Bambirra F.H.S., Kruger M.F., Barbosa 42. Jack R.W., Tagg J.R., Ray B.: Bacteriocins of Gram-positive M.S., Oliveira J.S., Santos A.M.C., Nicoli J.R., Bemquerer Bacteria. Microbiol. Rev. 6, 171–200 (1995) M.P., de Miranda A., Salvucci E.J., Sesma F.J.M., Franco 43. Jiménez-Diaz R., Rios-Sanchez R.M., Desmazeaud M., B.D.G.M.: Antimicrobial compounds produced by Lacto- Ruiz-Barba J.L., Piard J.C.: Plantaricin S and T, two new bacillus sakei subsp. sakei 2a, a bacteriocinogenic strain bacteriocins produced by Lactobacillus plantarum LPCO 10 isolated from a Brazilian meat product. J. Ind. Microbiol. isolated from a green olive fermentation. Appl. Environ. Mi- Biotechnol. 37, 381–390 (2010) crobiol. 59, 1416–1424 (1993) 25. Diep D.B., Håvarstein L.S., Nissen-Meyer J., Nes I.F.: The 44. Kanatani K., Tahara T., Yoshida K., Miura H., Sakamoto M., gene encoding plantaricin A, a bacteriocin from Lactobacillus Oshimura M.: Plasmid-linked galactose utilization by Lacto- BAKTERIOCYNY PROBIOTYCZNYCH PA£ECZEK Z RODZAJU LACTOBACILLUS 95

bacillus acidophilus TK8912. Biosci. Biotech. Biochem. 56, 63. Moll G.N., Konings W.N., Driessen A.J.M.: Bacteriocins: 826–827 (1992) mechanism of membrane insertion and pore formation. 45. Karakas Sen A., Narbad A., Horn N., Dodd H. M., Parr A.J., Antonie van Leeuwenhoek, 76, 185–198 (1999) Colquhoun I., Gasson M. J.: Post-translational modification 64. Morishita T., Deguchi Y., Yajima M., Sakurai T., Takashi Y.: of nisin. The involvement of NisB in the dehydration pro- Multiple nutritional requirements of lactobacilli: genetic cess. Eur. J. Biochem. 261, 524–532 (1999) lesions affecting amino acids biosynthesis pathways. J. Bac- 46. Kiesau P., Eikmanns U., Gutowski-Eckel Z., Weber S., teriol. 148, 64–71 (1981) Hammelmann M., Entian K.-D.: Evidence for a multimeric 65. Muriana P., Klaenhammer T.R.: Conjugal transfer of pla- subtilin synthetase complex. J. Bacteriol. 179, 1475–1481 smid-encoded determinants for bacteriocin production and (1997) immunity in Lactobacillus acidophilus 88. Appl. Environ. 47. Klaenhammer T.R., Sutherland S.M.: Detection of plasmid Microbiol. 53, 553–560 (1987) deoxyribonucleic acid in an isolate of Lactobacillus acido- 66. Nes I.F., Diep D.B., Håvarstein L.S., Brurberg M.B., Eijsink philus. Appl. Environ. Microbiol. 35, 592–600 (1980) V., Holo H.: Biosynthesis of bacteriocins in lactic acid bac- 48. Klaenhammer T.R.: A general method for plasmid isolation teria. Antonie van Leeuwenhoek, 70, 113–128 (1996) in lactobacilli. Curr. Microbiol. 10, 23–28 (1984) 67. Nissen-Meyer J., Rogne P., Oppegård C., Haugen H.S., 49. Klaenhammer T.R.: Genetics of bacteriocins produced by Kristiansen P.E.: Structure-function relationships of the non- lactic acid bacteria. FEMS Microbiol. Rev. 12, 39–86 (1993) lanthionine-containing peptide (class II) bacteriocins pro- 50. Klaenhammer T.R.: Genetics of Lactobacilli. Int. Dairy Jour- duced by grampositive bacteria. Curr. Pharm. Biotechnol. nal, 5, 1019–1058 (1995) 10, 19–37 (2009) 51. Kleerebezem M., Boekhorst J., van Kranenburg R., Mole- 68. O’Keeffe T., Hill C., Ross R.P.: Characterization and Hetero- naar D., Kuipers O.P., Leer R., Tarchini R., Peters S.A., logous Expression of the Genes Encoding Enterocin A Pro- Sandbrink H.M., Fiers M.W.E.J., Stiekema W., Lankhorst duction, Immunity, and Regulation in Enterococcus faecium R.M., Bron P.A., Hoffer S.M., Groot M.N., Kerkhoven R., DPC1146. Appl. Environ. Microbiol. 65, 1506–1515 (1999) de Vries M., Ursing B., de Vos W.M,. Siezen R.J.: Complete 69. Parente E., Ricciardi A.: Production, recovery and purifica- genome sequence of Lactobacillus plantarum WCFS1. Proc. tion of bacteriocins from lactic acid bacteria. Appl. Micro- Natl. Acad. Sci. USA, 100, 1990–1995 (2003) biol. Biotechnol. 52, 628–638 (1999) 52. Klein C., Pack A., Bonaparte Ch., Reuter G.: Taxonomy and 70. Piard J.C., Muriana P.M., Desmazeaud M.J., Klaenhammer phylology of probiotic lactic acid bacteria. Int. J. Food Micro- T.R.: Purification and Partial Characterization of Lacticin biol. 41, 103–125 (1998) 481, a Lanthionine-Containing Bacteriocin Produced by 53. Leer R.J., van Luijk N., Posno M., Pouwels P.H.: Structural Lactococcus lactis subsp. lactis CNRZ 481. Appl. Environ. and functional analysis of two cryptic plasmids from Lacto- Microbiol. 58, 279–284 (1992) bacillus pentosus MD353 and Lactobacillus plantarum 71. Pot B., Ludwig W., Kersters K., Schleifer K-H.: Taxonomy ATCC 8014. Mol. Gen. Genet. 234, 265–274 (1992) of lactic acid bacteria. In: L. de Vuyst and E. J. Vandamme 54. Libudzisz Z., Œli¿ewska K., Biernasiak J.: Probiotics as alter- (ed.), Bacteriocins of lactic acid bacteria. Microbiology, native for antibiotics. Chemia Spo¿ywcza i Biotechnologia, genetics and applications. Blackie Academic and Professio- 984, 79–91 (2006) nal, London 1994, s. 13–90 55. Lilly D.M., Stillwell R.H.: Probiotics: Growth promoting 72. Pouwels P.H., Leer R.J.: Genetics of lactobacilli: plasmids factors produced by microorganisms. Science, 147, 747–748 and gene expression. Antonie van Leeuwenhoek, 64, 85–107 (1965) (1993) 56. Lin J.H.C., Savage D.C.: Cryptic plasmids in Lactobacillus 73. Qi F., Chen P., Caufield P. W.: Functional Analyses of the strains isolated from the murine gastrointestinal tract. Appl. Promoters in the Lantibiotic Mutacin II Biosynthetic Locus Environ. Microbiol. 49, 1004–1006 (1985) in Streptococcus mutans. Appl. Environ. Microbiol. 65, 57. Liu M.L., Kondo J.K., Barnes M.B., Bartholomeu D.T.: Plas- 652–658 (1999) mid-linked maltose utilization in Lactobacillus spp. Bio- 74. Qi F., Chen P., Caufield P. W.: Purification of Mutacin III chimie, 70, 351–355 (1988) from Group III Streptococcus mutans UA787 and Genetic 58. Lönner C., Preve-Akeson K., Ahrné O.: Plasmid contents of Analyses of Mutacin III Biosynthesis Genes. Appl. Environ. lactic acid bacteria isolated from different types of sour Microbiol. 65, 3880–3887 (1999) doughs. Curr. Microbiol. 20, 201–207 (1990) 75. Quadri L.E., Sailer M., Roy K.L., Vederas J.C., Stiles M.E.: 59. Mayo B., Hardisson C., Brana A.F.: Selected characteristic of Chemical and genetic characterization of bacteriocins pro- several strains of Lactobacillus plantarum. Microbiologia, duced by Carnobacterium piscicola LV17B. J. Biol. Chem. 5, 105–122 (1989) 269, 12204–12211 (1994) 60. McAuliffe O., Ryan M.P., Ross R.P, Hill C., Breeuwer P., 76. Reddy G.V., Shahani K.M., Banerjee M.R.: Inhibitory effect Abee T.: Lacticin 3147, a Broad-Spectrum Bacteriocin of the yoghurt on Ehrlich ascites tumor cell proliferation. Which Selectively Dissipates the Membrane Potential. Appl. J. Nat. Cancer Inst. 50, 815–817 (1973) Environ. Microbiol. 64, 439–445 (1998) 77. Reid G.: The scientific basis for probiotic strains of Lacto- 61. McCracken V.J., Gaskins H.R.: Probiotics and the immune bacillus. Appl. Environ. Microbiol. 65, 3763–3766 (1999) system. [w:] Probiotics: a critical review. red. G. Tannock, 78. Ross K.F., Ronson C.W., Tagg J.R.: Isolation and characteri- Horizon Sci. Press 1999, s. 85–112 zation of the lantibiotic salivaricin A and its structural gene 62. Meyer C., Bierbaum G., Heidrich C., Reis M., Suling J., salA from Streptococcus salivarius 20P3. Appl. Environ. Iglesias-Wind M. I., Kempter C., Molitor E., Sahl H.-G.: Microbiol. 59, 2014–2021 (1993) Nucleotide sequence of the lantibiotic Pep5 biosynthetic 79. Roussell Y., Colmin C., Simonet J.M., Decaris B.: Strain cha- gene cluster and functional analysis of PepP and PepC. racterization, genome size and plasmid content in the Lacto- Evidence for a role of PepC in thioether formation. Eur. bacillus acidophilus group (Hansen and Mocquot). J. Appl. J. Biochem. 232, 478–489 (1995) Bacteriol. 74, 549–556 (1993) 96 ANNA S£OÑSKA, DANUTA KLIMUSZKO

80. Rowland I.R., Grasso P.: Degradation of Nitrosamine by 91. Sinha R.P.: Toxicity of organic acids for repair – deficient intestinal bacteria. Appl. Microbiol. 29, 7–12 (1975) strain of Escherichia coli. Appy. Environ. Microbiol. 51, 81. Ruiz-Barba J.L., Piarg J.C., Jiménez-Diaz R.: Plasmid pro- 1364–1366 (1986) files and curing on plamids in Lactobacillus plantarum strains 92. Skaugen, M., Abildgaard C.I., Nes I.F.: Organization and ex- isolated from green olive fermentations. J. Appl. Bacteriol. 71, pression of a gene cluster involved in the biosynthesis of the 417–421 (1991) lantibiotic lactocin S. Mol. Gen. Genet. 253, 674–686 (1997) 82. Ryan M.P., Jack R.W., Josten M., Sahl H.G., Jung G., 93. Smiley M.B., Fryder V.: Plasmids, lactic acid production, Ross R.P., Hill C.: Extensive post-translational modification, and N-acetyl-D-glucosamine fermentation in Lactobacillus including serine to D-alanine conversion, in the two- helveticus subsp. jugurti. Appl. Environ. Microbiol. 35, component lantibiotic, lacticin 3147. J. Biol. Chem. 274, 777–781 (1978) 37544–37550 (1999) 94. Spicher G., Lönner C.: Die Mikroflora des Sauerteiges XXI. 83. Sand S.L., Haug T.M., Nissen-Meyer J., Sand O.: The Bac- die in Sauerteigen schwedischer Bäckereien vorkommenden terial Peptide Pheromone Plantaricin A Permeabilizes Cance- Lactobacillen. Zu Lebensm. unters. Forsch. 181, 9–13 (1985) rous, but not Normal, Rat Pituitary Cells and Differentiates 95. Stiles M.E., Holzapfel W.H.: Lactic acid bacteria of foods and between the Outer and Inner Membrane Leaflet. J. Membrane their current taxonomy. Int. J. Food Microbiol. 36, 1–29 (1997) Biol. 216, 61–71 (2007) 96. Tahara T., Oshimura M., Umezawa C., Kanatani K.: Iso- 84. Savadogo A., Ouattara C.A.T., Bassole I.H., Traore S.A.: Bac- lation, partial characterization, and mode of action of teriocins and lactic acid bacteria – a minireview. Afr. J. Bio- Acidocin J1132, a two-component bacteriocin produced technol. 5, 678–683 (2006) by Lactobacillus acidophilus JCM 1132. Appl. Environ. 85. Schleifer K.H., Ludwig W.: Phylogeny of the genus Lac- Microbiol. 62, 892–897 (1996) tobacillus and related genera. Syst. Appl. Microbiol. 18, 97. Uguen P., Le Pennec J.P., Dufour A.: Lantibiotic Biosyn- 461–467 (1995) thesis: Interactions between Prelacticin 481 and Its Putative 86. Schrezenmeir J., de Vrese M.: Probiotics, prebiotics and syn- Modification Enzyme, LctM. J. Bacteriol. 182, 5262–5266 biotics – approaching a definition. Am. J. Clin. Nutr. 73, (2000) 361S–364S (2001) 98. Van Kraaij C., de Vos W.M., Siezen R.J., Kuipers O.P.: 87. Shay B.J., Egan A., Wright M., Rogers P.: Cysteine meta- Lantibiotics: biosynthesis, mode of action and application. bolism in an isolate of Lactobacillus sake: plasmid com- Nat. Prod. Rep. 16, 575–587 (1999) position and cysteine transport. FEMS Microbiol. Lett. 56, 99. Von Husby K.O., Nes I.F.: Changes in the plasmid profile 183–188 (1988) of Lactobacillus plantarum obtained from commercial meat 88. Siegers K., Heinzmann S., Entian K.-D.: Biosynthesis of starter cultures. J. Appl. Bacteriol. 60, 413–417 (1986) lantibiotic nisin. Posttranslational modification of its pre- 100. Wang T.T., Lee B.H.: Plasmids in Lactobacillus. Crit. Rev. peptide occurs at a multimeric membrane-associated lanthio- Biotechnol. 17, 227–272 (1997) nine synthetase complex. J. Biol. Chem. 271, 12294–12301 101. W³odarczyk M.: Plazmidy bakteryjne, w: red. J. Baj, (1996) Z. Markiewicz: Biologia molekularna bakterii. Wyd. Nauk. 89. Sinha R.P.: Plasmid instability in Lactobacillus plantarum PWN, Warszawa 2006, s. 366–368 strain caTC2. Curr. Microbiol. 25, 219–223 (1992) 102. Worobo R.W., van Belkum M.J., Sailer M., Roy K.L., 90. Sinha R.P.: Stability of plasmid in Lactobacillus plantarum Vederas J.C., Stiles M.E.: A signal peptide secretion-depen- caTC2R as affected by carbohydrate metabolism. J. Dairy. dent bacteriocin from Carnobacterium divergens. J. Bacte- Sci. 74, 124 (1991) riol. 177, 3143–149 (1995) POST. MIKROBIOL., ZAKA¯ENIA ALFAHERPESWIRUSAMI 2010, 40, 2, 97–104 http://www.pm.microbiology.pl U OSÓB Z UPOŒLEDZENIEM ODPORNOŒCI

Karolina Karabin2, Emilia Chudzik2, Tomasz Dzieci¹tkowski1*

1 Katedra i Zak³ad Mikrobiologii Lekarskiej, Warszawski Uniwersytet Medyczny, ul. Cha³ubiñskiego 5, 02-004 Warszawa 2 Wydzia³ Rolnictwa i Biologii Szko³y G³ównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie ul. Nowoursynowska 166, 02-786 Warszawa

Wp³ynê³o w lipcu 2009

1. Wstêp. 2. Koinfekcje alfaherpeswirusami u pacjentów z HIV/AIDS. 3. Zaka¿enia wirusami opryszczki u noworodków. Infekcje wirusem opryszczki u osób z poparzeniami. 5. Choroby spowodowane przez alfaherpeswirusy u pacjentów onkologicznych. 6. Zaka¿enia o etiologii Alphaherpesvirinae u osób po przeszczepach. 7. Diagnostyka. 8. Leczenie zaka¿eñ spowodowanych przez alfaherpeswirusy. 9. Podsumowanie Alphaherpesviral infections in patients with immunological disorders Abstract: Human herpesviruses types 1, 2 and 3 are unique members of the Alphaherpesviridae subfamily, as they can infect both skin and nerves and develop latent infection within the dorsal root and trigeminal ganglia. Infection with these viruses is common and causes a wide range of clinical syndromes. Although these viruses infect healthy children and adults, disease is more severe and extensive in the immunocompromised individuals. The diagnosis of common herpetic infection can usually be based upon the clinical history and presenting features. Confirmatory laboratory diagnosis is, however, required when patients are, or may be, immunocompromised. In recent years, the availability of diagnostic tests, mainly based on molecular biology techniques, has increased our understanding of this group of viruses. 1. Introduction. 2. Co-infections between alphaherpesviruses and patients with HIV/AIDS. 3. Neonatal herpes simplex diseases. 4. Herpes simplex infections in burn wounds. 5. Alphaherpesviral infections in cancer patients. 6. Infections with alphaherpesviruses in transplant recipients. 7. Diagnostics proceedings. 8. Therapy and management of alphaherpesviral diseases. 9. Summary

S³owa kluczowe: herpeswirusy, zaka¿enie, immunosupresja Key words: alphaherpesviruses, infection, immunosuppression

1. Wstêp czajowo jako HSV-1 i HSV-2) oraz wirus ospy wietrz- nej/pó³paœca (HHV-3, znany powszechnie jako VZV) Herpeswirusy nale¿¹ do najbardziej rozpowszech- [11]. Przedstawiciele podrodziny charakteryzuj¹ siê nionych DNA-wirusów w œwiecie krêgowców. Pierw- szerokim zakresem gospodarzy i wzglêdnie krótkim sze doniesienia o pêcherzykowatej wysypce pochodz¹ – w odniesieniu do innych herpeswirusów – czasem ju¿ ze staro¿ytnoœci, kiedy to Hipokrates nazwa³ te replikacji, bowiem podczas namna¿ania in vitro efekt zmiany „herpes” (z gr. „pe³zaæ”), sk¹d wziê³a siê nazwa cytopatyczny powodowany przez HHV-1 i HHV-2 ca³ej rodziny wirusów: Herpesviridae [57], jednak pra- pojawia siê w czasie krótszym ni¿ 48 h [10, 13]. Wirus wid³ow¹ etiologiê choroby okreœlono póŸniej, bowiem ospy wietrznej i pó³paœca powoduje zauwa¿alny efekt dopiero w 1919 roku [44]. Herpesviridae s¹ zazwyczaj cytopatyczny po nieco d³u¿szym okresie od zaka¿e- bardzo dobrze zaadaptowane do swoich gospodarzy, nia hodowli komórkowej. Po wstêpnym namno¿eniu czêsto powoduj¹c zaka¿enia uk³adowe z objawami w komórkach nab³onka wirusy z tej podrodziny usta- klinicznymi o ró¿nym stopniu nasilenia. O zaliczeniu laj¹ stan latencji w komórkach uk³adu nerwowego w sk³ad poszczególnych podrodzin (alfa-, beta- i gam- i/lub w limfocytach [43]. maherpeswirusów) decyduj¹ wstêpnie biologiczne Zazwyczaj zmiany skórne powodowane przez wiru- cechy konkretnego wirusa [11, 43]. Ostatecznym kryte- sa opryszczki typu 1 umiejscowione s¹ w obrêbie skóry rium pozostaj¹ jednak jego w³aœciwoœci molekularne, twarzy i b³ony œluzowej jamy ustnej (herpes labialis). a zw³aszcza wzajemne podobieñstwo sekwencji DNA Odmienna lokalizacja zaka¿eñ spowodowanych przez oraz pokrewieñstwo wa¿nych bia³ek wirusowych (gli- HHV-1 wystêpuje w przypadkach zanokcicy herpesowa koprotein B, C, H oraz g³ównego bia³ka kapsydu) [11]. (herpetic whitlow), herpes gladiatorium, opryszczko- W sk³ad podrodziny Alphaherpesvirinae wchodz¹ wego zapalenia mózgu (herpetic encephalitis), herpetic trzy wirusy stanowi¹ce naturalne patogeny cz³owieka: keratitis, eczema herpeticum [8]. HHV-1 mo¿e równie¿ wirusy opryszczki (HHV-1 i HHV-2, okreœlane zwy- powodowaæ zmiany w obrêbie narz¹dów p³ciowych [3].

* Autor korespondencyjny: Katedra i Zak³ad Mikrobiologii Lekarskiej, Warszawski Uniwersytet Medyczny, ul. Cha³ubiñ- skiego 5, 02-004 Warszawa; tel. 22 599 17 78; e-mail: [email protected] 98 KAROLINA KARABIN, EMILIA CHUDZIK, TOMASZ DZIECI¥TKOWSKI

Ciekawym zagadnieniem zwi¹zanym z herpeswi- rusami jest ich mo¿liwoœæ przechodzenia w stan laten- cji. Niestety obecnie nie wiemy zbyt wiele na temat tego zjawiska [32]. Wiadomo, ¿e w trakcie latencji ekspresji ulegaj¹ geny koduj¹ce LAT (latency-associa- ted transcripts). Wykazano obecnoœæ dwóch fragmen- tów o d³ugoœci 1800–2000 i 1200–1500 zasad, ulega- j¹cych transkrypcji w odwrotnej orientacji z genu Rys. 1. Struktura genomu HHV-1. Na schemacie przedstawiono przedstawiono m.in. lokalizacjê siedmiu istotnych genów oraz natychmiastowego wczesnego IE110 (ICP0) [45]. trzy miejsca ori wirusa [wg. 32] Wykazano równie¿, ¿e maj¹ one w³aœciwoœci anty- apoptotyczne, co mo¿e wyjaœniaæ prze¿ywanie ko- Wirus opryszczki typu 2 zajmuje g³ównie okolice mórek latentnie zainfekowanych [26]. skóry i b³ony œluzowej narz¹dów p³ciowych (herpes W przypadku opryszczki jamy ustnej (herpes labia- genitalis), a tak¿e okolicy odbytu [8]. HHV-2 poprzez lis) miejscem latencji jest nerw trójdzielny, natomiast uszkodzenia komórek nab³onka i redukcjê bariery w przebiegu zajêcia narz¹dów p³ciowych (genital her- epitelialnej mo¿e siê znacz¹co u³atwiaæ transmisjê pes) latencja ustala siê w nerwach krzy¿owych [39]. HIV, a tak¿e innych chorób przenoszonych droga Nie stwierdzono integracji wirusowego DNA z mate- p³ciow¹ [46]. Stanowi on te¿ powa¿ne zagro¿enie dla ria³em genetycznym gospodarza. DNA wirusa przyj- noworodków, których matki mog¹ je zaraziæ podczas muje formê kolist¹ i przebywa w j¹drze komórki, a¿ porodzie [13, 34]. do chwili reaktywacji. Za zjawisko latencji odpowie- Wirus ospy wietrznej/pó³paœca przy zaka¿eniu dzialne s¹ okreœlone geny, a dzia³anie czynników pierwotnym powoduje chorobê znan¹ powszechnie reaktywacji powoduje bierny transport nukleokapsy- jako ospa wietrzna (varicella), która charakteryzuje siê dów do komórek skóry [28, 31]. Reakywacja nie jest grudkowatymi krostkami zamieniaj¹cymi siê z czasem wiêc reinfekcj¹, a wynikiem przejœcia wirusa ze stanu w pêcherzykowe wykwity [14]. Nastêpnie wirus prze- uœpienia (latencji) do stadium proliferacji [31, 39]. chodzi w stan latencji do zwojów nerwów czuciowych Objawy wystêpuj¹ce przy reaktywacji latentnego rdzenia krêgowego. Po pewnym czasie mo¿e ule- wirusa czêsto nie wystêpuj¹ œciœle w miejscu, w którym gaæ reaktywacji powoduj¹c pó³pasiec (zoster). Taka pojawi³y siê zmiany pierwotne. Dzieje siê tak, poniewa¿ reaktywacja jest o wiele rzadsza ni¿ w przypadku reaktywowany wirus mo¿e przemieszczaæ siê do ko- opryszczki [10, 13]. mórek nab³onka wzd³u¿ innej ga³êzi nerwu [28, 31, 39]. Genom herpeswirusów stanowi liniowy dsDNA Zaka¿enia alfaherpeswirusami s¹ bardzo po- o skomplikowanej strukturze przestrzennej. Sk³ada wszechne i szacuje siê, ¿e w populacji doros³ych osób siê on z unikalnych d³ugich i krótkich regionów, oko³o 80% posiada przeciwcia³a anty-HHV-1/2 [13] w których wystêpuj¹ sekwencje powtarzaj¹ce siê. a a¿ 90% anty-HHV-3 [10]. Taki stan rzeczy jest spo- Mo¿e w nich dochodziæ do inwersji, co prowadzi wodowany tym, ¿e u pacjentów po przebyciu pierwot- do powstawania form izomerycznych (w przypadku nej infekcji wirus zostaje przeniesiony do nerwów HHV-1 s¹ to 4 formy izomeryczne). Genom koduje czuciowych grzbietowych lub zwoju nerwu trójdziel- takie bia³ka jak polimeraza DNA, helikaza, prymaza nego, gdzie pozostaje w stanie latencji i mo¿e ulegaæ i RNaza H [32]. ponownej reaktywacji [13]. Zaka¿enia alfaherpeswiru-

Tabela I G³ówne etapy cyklu latencja-reaktywacja alfaherpeswirusów [wg. 26]

Ustanowienie stanu latencji: ● Wejœcie genomu wirusa do zwojowych neuronów ● Wzmo¿ona ekspresja genów i replikacja DNA (ostra infekcja) ● Zanik ekspresji genów wirusowych ● Wzmo¿ona ekspresja LAT Podtrzymanie latencji: ● Ekspresja LAT ● Brak wzmo¿onej ekspresji genów zwi¹zanych z cyklem litycznym wirusa ● Brak wzmo¿onej ekspresji genów zwi¹zanych z replikacj¹ wirusowego DNA Reaktywacja: ● Zewnêtrzna stymulacja (np. stres albo immunosupresja) ● Infekcja produktywna (intensywna ekspresja genów wirusowych, replikacja DNA) ● Przetrwanie latentnie zainfekowanych komórek? ● Ekspresja LAT ZAKA¯ENIA ALFAHERPESWIRUSAMI U OSÓB Z UPOŒLEDZENIEM ODPORNOŒCI 99 sami mog¹ manifestowaæ siê ró¿nymi objawami i nasi- leniem [14]. Jednak s¹ one najbardziej niebezpieczne dla osób z immunosupresj¹ i mog¹ u nich powodowaæ rozleg³e i nietypowe zaka¿enia, objawiaj¹ce siê zapa- leniami prze³yku, tchawicy, w¹troby, nerek, rogówki czy jelita [8, 23]. Takie manifestacje mog¹ byæ bar- dziej agresywne i trwaæ d³u¿ej, ni¿ u osób z prawid³o- wo funkcjonuj¹cym uk³adem odpornoœciowym [17]. Do tej grupy zaliczamy osoby zaka¿one HIV, z opa- rzeniami, wrodzonymi niedoborami odpornoœci, po przeszczepach, z nowotworami oraz noworodki.

2. Koinfekcje alfaherpeswirusami u pacjentów z HIV/AIDS

Wspó³zaka¿enie wirusami nale¿¹cymi do Alpha- herpesvirinae i HIV jest bardzo powszechne na ca³ym œwiecie; szacuje siê, ¿e mo¿e on osi¹gaæ nawet 81–95% osób cierpi¹cych na AIDS [1, 36]. Choroby przeno- szone droga p³ciow¹ (STD – sexually transmitted dise- ases), w tym te powodowane przez wirusy opryszczki, stanowi¹ powa¿ny, dodatkowy czynnik ryzyka w trans- misji HIV. Obecnie k³adzie siê du¿y nacisk na w³¹cze- nie programu kontroli STD do programu zapobiegania rozprzestrzeniania HIV [36]. Rys. 2. Typowy efekt cytopatyczny wywo³any przez herpes- Wœród osób HIV-pozytywnych opryszczka genital- wirusa typu 1 (HHV-1) w hodowli komórkowej linii Vero. na nale¿y do chorób najczêœciej przenoszonych drog¹ Strza³ki wskazuj¹ komórki zniszczone dzia³aniem wirusa. Powiêkszenie p³ciow¹ [46]. G³ównym powodem takiego stanu rze- 400x [badania w³asne] czy jest to, ¿e HHV-2 (a tak¿e inne STD) manifestuje swoj¹ obecnoœæ poprzez tworzenie wrzodowatych Zapalenie mózgu wywo³ane przez HHV-3 wystê- zmian na powierzchni narz¹dów p³ciowych i ich oko- puje w 0,1 do 4% pacjentów z AIDS z chorobami licy, redukuj¹c tym samym barierê epitelialn¹ [36, 46]. o pod³o¿u neurologicznym i ma wysok¹ œmiertelnoœæ. Taka sytuacja mo¿e zwiêkszyæ ryzyko transmisji HIV U wiêkszoœci pacjentów z zaka¿onych HIV, obser- nawet 5-krotnie [46]. Wykazano bowiem, ¿e obecnoœæ wuje siê na pocz¹tku choroby skórne wykwity, na- HIV i HHV-2 u tego samego pacjenta mo¿e powo- stêpnie dopiero uszkodzenia OUN takie jak zapalenie dowaæ wzajemn¹ stymulacjê replikacji u obu wirusów mózgu, zapalenie rdzenia, czy zapalenie opon mózgo- i tym samym prowadziæ do progresji choroby (zarówno wych. Nastêpstwa wywo³anymi uszkodzeniem OUN AIDS, jak i powstawania wrzodowatych zmian) [36]. s¹: os³abiona œwiadomoœæ, ból g³owy, napady, zmiany Podobnie groŸne nastêpstwa mog¹ mieæ infekcje w psychice [52]. powodowane przez HHV-3. Zaka¿enia te ró¿ni¹ siê U pacjentów zaka¿onych HIV pó³pasiec oczny wy- znacznie u doros³ych i dzieci. Ma to zwi¹zek z fak- stêpuje czêœciej ni¿ u przedstawicieli immunokompe- tem, i¿ najczêœciej dojrzali pacjenci chorowali na ospê tentnych, a zmiany miejscowe s¹ rozleglejsze, bardziej wietrzn¹ przed zaka¿eniem HIV. U dzieci natomiast bolesne, okres gojenia ulega wyd³u¿eniu, mog¹ równie¿ jest wysokie ryzyko, ¿e ospa wietrzna w zwi¹zku pojawiaæ siê nowe wykwity. W tej grupie powa¿nym z obni¿on¹ odpornoœci¹, rozwinie siê w pó³pasiec [19]. zagro¿eniem dla wzroku jest ostra martwica siatkówki, Prawdopodobieñstwo choroby wzrasta wraz ze spad- rogówki, naczyniówki oraz zapalenie nerwu wzroko- kiem liczby komórek CD4+ obserwowanym w prze- wego [20]. Zapalenie siatkówki obserwowane jest jako biegu AIDS. U ludzi z HIV obserwuje siê trzy g³ówne powik³anie zoster ophtalmicus, a tak¿e pó³paœca, obej- objawy zwi¹zane z infekcj¹ wirusem ospy wietrznej: muj¹cego odleg³e dermatomy. Co wiêcej, w ponad po- zapalenie siatkówki; utrzymuj¹ce siê uszkodzenia na- ³owie przypadków zajêta jest siatkówka obu ga³ek skórka (prawdopodobnie poprzez reaktywacje wirusa); ocznych, co sugeruje zaka¿enie uk³adu nerwowego zapalenie mózgu. Objawy neurologiczne mog¹ mieæ drog¹ krwi i nastêpuj¹ce potem rozprzestrzenienie za- miejsce, bez typowych manifestacji skórnych, w sku- ka¿enia wzd³u¿ nerwów wzrokowych [40]. Zapalenie tek czego mog¹ byæ trudne do zdiagnozowania [19]. siatkówki przebiega pod postaci¹ wieloogniskowych 100 KAROLINA KARABIN, EMILIA CHUDZIK, TOMASZ DZIECI¥TKOWSKI zmian martwiczych, obejmuj¹cych pocz¹tkowo jej ze- dzieci które rodz¹ siê przez cesarskie ciêcie s¹ mniej wnêtrzne obszary. Zmiany postêpuj¹ doœrodkowo, bez nara¿one na infekcje wirusem opryszczki, poniewa¿ nasilonego stanu zapalnego w obrêbie ga³ki ocznej w trakcie porodu nie maj¹ stycznoœci z wrzodowatymi [16]. U chorych na AIDS choroba postêpuje szybko, zmianami matki [27]. prowadz¹c do œlepoty w 75–85% przypadków [40]. W ci¹gu ostatnich 30 lat dokona³ siê olbrzymi po- Charakterystyczn¹ w³aœciwoœci¹ pó³paœca u ludzi stêp w diagnostyce i leczeniu chorób u noworodków zaka¿onych HIV jest sk³onnoœæ do czêstych nawrotów. na tle opryszczkowym [27]. Jest to niezmiernie istotne, U 20–30% pacjentów, którzy przebyli pó³pasiec, po- poniewa¿ w 70% przypadkach noworodków zaka¿o- jawia siê on powtórnie, obejmuj¹c ten sam lub inne nych HHV-1 lub HHV-2, ich matki nie mia³y typo- dermatomy [18]. Nale¿y równie¿ do chorób wskaŸni- wych objawów opryszczki genitalnej [3]. kowych, st¹d w przypadku wyst¹pienia reaktywacji wi- rusa HHV-3 w postaci pó³paœca u osób poni¿ej 50 roku ¿ycia nale¿y wykonaæ badania serologiczne w kierun- 4. Infekcje wirusem opryszczki u osób ku zaka¿enia wirusem HIV [20]. z poparzeniami

Rozleg³e lub g³êbokie oparzenia mog¹ implikowaæ 3. Zaka¿enia wirusami opryszczki u noworodków stan immunosupresji, czego konsekwencj¹ s¹ czêste zaka¿enia oportunistyczne o charakterze bakteryjnym, Zaka¿enia wirusem opryszczki u noworodków wirusowym i grzybiczym. Immunosupresja spowodo- mog¹ mieæ powa¿ne w skutkach konsekwencje jak np. wana przez oparzenia jest indukowana poprzez utratê uszkodzenia mózgu, czy nawet œmieræ dziecka [3, 24, ci¹g³oœci skóry i b³on œluzowych; jednoczeœnie wa¿n¹ 27]. Szacuje siê, ¿e do zaka¿eñ opryszczkowych do- rolê w tym procesie pe³ni¹ limfocyty T supresorowe [37]. chodzi od 1:1400 do 1:30000 przypadków ¿ywych Zaka¿enia wirusem opryszczki s¹ powszechne urodzeñ [3]. u osób z poparzeniami i mog¹ byæ wynikiem pierwot- HHV-2 jest odpowiedzialny za 75% zaka¿eñ no- nego zaka¿enia wirusem, b¹dŸ jego reaktywacj¹ [7]. worodków, co jest szczególnie niebezpieczne, ponie- U takich osób wirus mo¿e manifestowaæ swoj¹ obec- wa¿ wed³ug œwiatowego piœmiennictwa reaktywacja noœæ wystêpowaniem pêcherzykowatych zmian na opryszczki genitalnej powodowana przez typ 2 jest skórze, szczególnie w okolicy uszkodzeñ. Poza tym czêstsza ni¿ przez typ 1 wirusa [3]. czêsto u takich pacjentów obserwuje siê opryszczko- Do transmisji wirusa matka – dziecko mo¿e dojœæ we zapalenie tchawicy, oskrzeli lub p³uc. Niezwykle kilkoma sposobami. Najwiêkszy procent stanowi¹ za- niebezpieczne s¹ systemowe zaka¿enia opryszczkowe, ka¿enia oko³oporodowe (85%), nastêpnie zaka¿enia które mog¹ byæ Ÿród³em powa¿nych komplikacji [48]. poporodowe (10%) i zaka¿enia drog¹ maciczn¹ (5%) W leczeniu zaka¿eñ alfaherpeswirusami u osób po [27]. Choroby wywo³ane przez wirusy opryszczki oparzeniach zaleca siê stosowanie szybkiej i agresyw- u noworodków mo¿emy zaklasyfikowaæ w trzy grupy: nej terapii przeciwwirusowej z u¿yciem acyklowiru SEM (skin, eyes and/or mouth disease), oko³o 45% jako leku pierwszego rzutu [37, 48]. przypadków, nie leczone mo¿e powodowaæ powa¿ne uszkodzenia neurologiczne; CNS (central nervous system disease), oko³o 30% przypadków, nale¿¹ tu ta- 5. Choroby spowodowane przez alfaherpeswirusy kie schorzenia jak zapalenie mózgu i zapalenie opon u pacjentów onkologicznych mózgowych; rozsiane infekcje (disseminated diseases), w trakcie, których mo¿e dojœæ do zajêcia wielu orga- U osób z chorobami nowotworowymi obserwujemy nów takich jak p³uca, nerki, skóra, stanowi¹ one oko³o wiele dysfunkcji, które mog¹ byæ przyczyn¹ zwiêk- 25% przypadków [24, 27]. szonego ryzyka ataku ze strony mikroorganizmów, Istnieje kilka czynników, które mog¹ zwiêkszaæ nale¿¹ do nich m.in.: przerwanie ci¹g³oœci skóry i b³on ryzyko transmisji wirusa z matki na dziecko. Nale¿¹ œluzowych, dysfunkcja neutrofili, os³abienie, jak rów- do nich m. in.: typ zaka¿enia matki (pierwotny lub nie¿ upoœledzenia odpowiedzi immunologicznej zwi¹- nawrotowy), ci¹g³oœæ b³ony œluzowej, sposób porodu zanej z limfocytami T spowodowane chemiotera- (cesarskie ciêcie lub poród pochwowy) [27]. pi¹ [41]. Zmiany powodowane przez przedstawicieli Noworodki matek, które przed terminem porodu Alphaherpesvirinae u pacjentów onkologicznych maj¹ dozna³y pierwotnego zaka¿enia wirusami opryszczki czêsto postaæ atypow¹, podobnie jak u innych osób s¹ bardziej nara¿one na infekcje, ni¿ matki, u których z immunosupresj¹ [33]. opryszczka genitalna mia³a charakter nawrotowy [27]. Infekcje centralnego uk³adu nerwowego (CNS), Pierwotne zaka¿enie matki mo¿e byæ nawet œmiertelne którego czynnikiem etiologicznym mo¿e byæ wirus dla p³odu [3]. Równie¿ rodzaj porodu nie jest obojêtny, opryszczki, s¹ nadal wa¿n¹ przyczyn¹ zachorowal- ZAKA¯ENIA ALFAHERPESWIRUSAMI U OSÓB Z UPOŒLEDZENIEM ODPORNOŒCI 101 noœci i œmiertelnoœci u pacjentów z nowotworami. szoœæ zaka¿eñ u biorców przeszczepów wynika z re- Najbardziej nara¿one s¹ osoby z bia³aczkami, ch³o- aktywacji wirusa latentnego. W grupie serododatnich niakami i pierwotnymi guzami mózgu [41]. U takich biorców komórek krwiotwórczych ryzyko wyst¹pie- pacjentów obserwujemy równie¿ inne zespo³y choro- nia objawowego zaka¿enia wywo³anego przez wirusy bowe spowodowane przez HHV-1 czy HHV-2 w tym opryszczki ocenia siê na 20–30%. Odsetek ten jest zapalenie p³uc, prze³yku, eczema herpeticum [33, 58]. zbli¿ony do wyników obserwacji u biorców szpiku Pacjenci chorzy na nowotwory s¹ szczególnie na- kostnego (21–43%) [53]. W grupie biorców prze- ra¿eni na wtórne infekcje wirusem ospy wietrznej/pó³- szczepów w¹troby, oko³o 50% obserwowanych zaka- paœca. Choroba ta jest szczególnie groŸna dla dzieci ¿eñ opryszczkowych ma miejsce w ci¹gu trzech tygo- z zaawansowan¹ bia³aczk¹. Mo¿e doprowadziæ do za- dni po transplantacji. Pierwsze objawy zaka¿enia, czyli palenia p³uc i prze³yku, które wystêpuje u jednego wyst¹pienie zmian skórnych, pojawiaj¹ siê w tej gru- na trzech pacjentów. W niektórych przypadkach pier- pie œrednio po 22 dniach od zabiegu. Objawy wskazu- wotne zaka¿enia HHV-3 u dzieci z chorob¹ nowotwo- j¹ce na zaka¿enie uogólnione oraz na zajêcie narz¹- row¹ prowadzi³y do zejœcia œmiertelnego. Wirus ten dów wewnêtrznych z regu³y pojawiaj¹ siê w ci¹gu jest równie¿ niebezpieczny dla ludzi z ch³oniakami. pierwszych kilku tygodni po transplantacji. Objawy Leczenie takich pacjentów odbywa siê w podobny zapalenia p³uc u biorców przeszczepów pojawiaj¹ siê sposób jak innych osób z os³abionym uk³adem odpor- z regu³y w póŸniejszym okresie: 1–2 miesi¹ce po noœciowym [42]. transplantacji. Opisywane s¹ tak¿e przypadki zapalenia w¹troby o pod³o¿u HHV-1 lub HHV-2 obserwowane w póŸnym okresie posttransplantacyjnym (60–460 dni 6. Zaka¿enia o etiologii Alphaherpesvirinae po zabiegu) [12]. Czynnikami ryzyka w szczególnym u osób po przeszczepach stopniu usposabiaj¹cymi do reaktywacji latentnego wirusa i wynikaj¹cych st¹d zaka¿eñ objawowych s¹: Wirusy opryszczki s¹ zazwyczaj pierwszymi herpes- wiek (>40 r.¿.), stosowane przed transplantacj¹ na- wirusami, które reaktywuj¹ siê u oko³o 25–40% bior- œwietlania izotopowe, ostra lub przewlek³a choroba ców przeszczepu, zazwyczaj pomiêdzy 2–4 tygodniem „przeszczep przeciwko gospodarzowi” (Graft versus po transplantacji [29, 49]. Uogólnione zaka¿enie Host Disease – GvHD), diagnoza inna ni¿ przewlek³a o etiologii HHV-1 lub HHV-2 u pacjentów poddanych bia³aczka szpikowa oraz g³êboka immunosupresja [53]. immunosupresji jest zazwyczaj œmiertelne pomimo za- U biorców organów obserwuje siê wiele schorzeñ stosowanej terapii przeciwwirusowej [22, 25]. charakterystycznych dla osób z upoœledzon¹ funkcj¹ Podawanie leków immunosupresyjnych prowadzi uk³adu odpornoœciowego, takich jak opryszczkowe do zaburzenia szlaków sygnalizacji komórkowej oraz zapalenie mózgu, opryszczkowe zapalenie p³uc, które normalnych funkcji komórek efektorowych uk³adu od- pojawia siê najczêœciej po przeszczepach serca i p³uc pornoœciowego, odpowiedzialnych za obronê ustroju [9, 29]. Do powstania tego ostatniego mo¿e dojœæ przed zaka¿eniami wirusowymi [38]. Intensywnoœæ im- w wyniku endogennej reaktywacji wirusa nabytego munosupresji oraz rodzaj podawanych leków immuno- wraz z organem dawcy, b¹dŸ poprzez wprowadzenie supresyjnych s¹ czynnikami bezpoœrednio zwi¹zanymi wirusa wraz z wydzielin¹ gard³ow¹ na ni¿sze pozio- z czêstoœci¹ reaktywacji alfaherpeswirusów oraz prze- my dróg oddechowych podczas intubacji pacjenta [9]. biegiem zaka¿eñ. Objawowe zaka¿enia HHV-1 oraz Kremer i wspó³pracownicy wykazali, ¿e doœæ czêstym HHV-2 obserwuje siê u znacznego odsetka chorych powik³aniem po przeszczepie nerki jest opryszczkowe przyjmuj¹cych leki immunosupresyjne, a ich czêstoœæ zapalenie rogówki [30]. Wirus opryszczki mo¿e rów- okreœla siê na podstawie obserwacji na 53% (pacjenci nie¿ byæ przyczyn¹ rzadkiego zapalenia w¹troby [12]. przyjmuj¹cy OKT3), 18% (pacjenci przyjmuj¹cy glo- Prawdopodobieñstwo wyst¹pienia objawowego za- bulinê antytymocytow¹). Zwiêkszone ryzyko obserwu- ka¿enia HHV-3 u biorców przeszczepów jest 10- do je siê tak¿e u pacjentów, którym podaje siê cyklospo- 100-krotnie wiêksze w populacji biorców przeszczepów rynê A, mykofenolan mofetylu, azatioprin, sirolimus (1–12%) w porównaniu do populacji ludzi zdrowych i takrolimus (w tych grupach obserwowana czêstoœæ (1,5–3 przypadki/1000) [38]. Œmiertelnoœæ w wyniku zaka¿eñ opryszczkowych wynosi 9,7–22,8%) [38]. reaktywacji latentnego wirusa ospy wietrznej/pó³paœca Kolejnym czynnikiem maj¹cym zwi¹zek z czêstoœ- u biorców szpiku i komórek krwiotwórczych szacowa- ci¹ i przebiegiem zaka¿eñ wywo³ywanych przez her- na jest na poziomie 7%. Dotyczy to zaka¿eñ, w których peswirusy u biorców przeszczepów jest status serolo- zmiany skórne s¹ dominuj¹cym b¹dŸ jedynym objawem giczny w okresie oko³oprzeszczepowym. Obecnoœæ klinicznym. W przypadkach, w których obserwuje siê przeciwcia³ przeciwko alfaherpeswirusom jest czynni- objawy zaka¿enia ogólnoustrojowego lub narz¹dowe- kiem bezpoœrednio zwi¹zanym z ryzykiem wyst¹pienia go, œmiertelnoœæ w wyniku reaktywacji wirusa wzrasta zaka¿enia w okresie po przeszczepieniu, gdy¿ wiêk- wielokrotnie, osi¹gaj¹c nawet 55% [2, 38]. 102 KAROLINA KARABIN, EMILIA CHUDZIK, TOMASZ DZIECI¥TKOWSKI

Reaktywacja HHV-3 wystêpuje w 30–60% seropo- diagnostyczne maj¹ przeciwcia³a klasy IgM, jako mar- zytywnych biorców przeszczepów, z czego wiêksza kery œwie¿ego zaka¿enia [14]. czêœæ ju¿ 3 miesi¹ce po operacji [5]. Pierwotne zaka- Wœród metod biologii molekularnej najczêœciej sto- ¿enia wirusem ospy wietrznej/pó³paœca s¹ obserwowa- sowana jest reakcja ³añcuchowej polimeryzacji (PCR). ne znacznie rzadziej [55]. G³ówn¹ przyczyn¹ zgonów Coraz czêœciej konwencjonalny PCR jest wypierany w przebiegu zaka¿enia HHV-3 jest zapalenie p³uc, przez real-time PCR, który jest o wiele czulszy i szyb- a zaka¿eniem najgorzej rokuj¹cym i obarczonym naj- szy; dodatkowo te¿ pozwala okreœliæ iloœæ kopii wiru- wy¿szym ryzykiem zejœcia œmiertelnego jest jedno- sa w badanej próbce [14, 54]. W diagnostyce zaka¿eñ czesne zajêcie dolnych dróg oddechowych i oœrod- wirusem ospy wietrznej/pó³paœca sporadycznie stosuje kowego uk³adu nerwowego [51]. Zapalenie w¹troby siê tak¿e takie metody, jak hybrydyzacja Southern wywo³ane przez HHV-3 mo¿e mieæ nietypowe obja- i Northern [14]. wy, co mo¿e opóŸniaæ diagnozê. [55]. Oba wirusy mo¿na namna¿aæ w hodowlach komór- Pojawienie siê objawów zaka¿enia tym wirusem kowych, gdzie po okreœlonym czasie obserwuje siê u biorców narz¹dów unaczynionych ma miejsce znacz- efekt cytopatyczny (HHV-1 oraz HHV-2 – 1–7 dni, nie póŸniej w porównaniu z herpeswirusem typu 5 HHV-3 – 3–14 dni). Jednak w przypadku infekcji (HHV-5, CMV) lub wirusami opryszczki i waha siê spowodowanych przez wirusa ospy wietrznej/pó³- od 100 do ponad 500 dni po transplantacji, dotycz¹c paœca odchodzi siê od zaka¿ania nim hodowli komór- od 5 do 12% pacjentów. Mimo, ¿e przypadki takie kowych, poniewa¿ wirus namna¿a siê w nich nie- wystêpuj¹ znacznie rzadziej, reaktywacjê wirusa ospy chêtnie, a czas oczekiwania na efekt cytopatyczny jest wietrznej/pó³paœca obserwuje siê tak¿e we wczesnym zbyt d³ugi [14]. okresie poprzeszczepowym [2]. Objawy rozsiane bê- d¹ce wynikiem zaka¿enia pierwotnego pacjentów wra¿liwych, wyst¹piæ mog¹ w dowolnym okresie. 8. Leczenie zaka¿eñ spowodowanych U biorców komórek krwiotwórczych pochodz¹cych przez alfaherpeswirusy od dawców niespokrewnionych, czêstoœæ wystêpo- wania zaka¿eñ objawowych powodowanych przez Najczêœciej stosowanym lekiem w terapii zaka¿eñ HHV-3 jest znacznie wy¿sza w odniesieniu do ana- o etiologii Alphaherpesvirinae jest acyklowir – po- logicznego ryzyka reaktywacji wirusa u biorców chodna deoksyguanozyny o zmodyfikowanej reszcie narz¹dów unaczynionych. Badania biorców szpiku cukrowej, gdzie w miejsce cyklicznej deoksyrybozy kostnego wykaza³y, ¿e ryzyko wyst¹pienia objawo- wprowadzono niecykliczny ³añcuch boczny [15]. wego zaka¿enia wynosi 63%. W przypadku biorców Stosowany jest on do leczenia ciê¿kich zaka¿eñ opon komórek krwiotwórczych krwi obwodowej, prawdo- mózgowo-rdzeniowych i mózgu wywo³anych przez podobieñstwo to oceniane jest na 37%, jednak, gdy alfaherpeswirusy, opryszczki noworodków, a tak¿e chorob¹ kwalifikuj¹c¹ do przeszczepu by³y zaburze- w zaka¿eniach narz¹du wzroku, skóry i b³on œlu- nia limfoproliferacyjne, czêstoœæ reaktywacji siêga³a zowych. Równie¿ w terapii pierwotnej i nawrotowej 72% [2]. Ryzyko wyst¹pienia zaka¿eñ o ciê¿szym infekcji narz¹dów p³ciowych o etiologii HHV-1 przebiegu jest ni¿sze. Czynnikami ryzyka w szczegól- i HHV-2, a tak¿e do leczenia zaka¿eñ narz¹dowych nym stopniu usposabiaj¹cymi do reaktywacji latent- i uk³adowych. Podstawowym warunkiem skutecz- nego wirusa i wynikaj¹cych st¹d zaka¿eñ objawowych noœci terapii jest wczesne podanie leku, najkorzystniej s¹: wiek (>40 r.¿.), stosowane przed transplantacj¹ w pierwszej lub drugiej dobie od pojawienia siê pierw- napromienianie, wyst¹pienie GvHD, diagnoza inna szych objawów, a tak¿e zastosowanie odpowiednio ni¿ przewlek³a bia³aczka szpikowa oraz g³êboka im- wysokiej dawki terapeutycznej [47]. munosupresja [2, 51]. Prawdopodobieñstwo wyst¹pienia infekcji wywo- ³anej opornym szczepem wirusa opryszczki powinno byæ brane pod uwagê, jeœli po 5–7 dniach terapii brak 7. Diagnostyka jest pozytywnych efektów leczenia lub po 3–4 dniach powstaj¹ nowe, satelitarne ogniska zaka¿enia [4]. Obecnie istnieje wiele metod wykrywania zaka¿eñ Szczepy wirusa oporne na acyklowir mog¹ wykazy- alfaherpeswirusowych; nale¿¹ do nich zarówno me- waæ równie¿ brak wra¿liwoœci na inne leki o podobnej tody serologiczne, jak i metody biologii molekularnej. budowie takie jak: walacyklowir, famcyklowir i pen- Do najczêœciej stosowanych metod serologicznych cyklowir [4, 35]. Mechanizm opornoœci wi¹¿e siê naj- nale¿¹ testy ELISA, za pomoc¹ których wykrywa siê czêœciej z obecnoœci¹ punktowej mutacji w obrêbie przeciwcia³a w klasach IgG i IgM. Metody te spraw- genu kinazy tymidynowej [50]. Rzadziej przyczyn¹ dzaj¹ siê zarówno do wykrywania wirusa opryszczki, zmiany w profilu wra¿liwoœci jest mutacja w obrêbie jak i pó³paœca. W obu przypadkach wiêksze znaczenie genu koduj¹cego polimerazê DNA [21]. Mo¿e ona ZAKA¯ENIA ALFAHERPESWIRUSAMI U OSÓB Z UPOŒLEDZENIEM ODPORNOŒCI 103 wywo³aæ krzy¿ow¹ opornoœæ na foskarnet, gancyklo- Piœmiennictwo wir i cidofowir – leki u¿ywane alternatywnie w lecze- niu zaka¿eñ alfaherpeswirusowych [4]. 1. Aoki F.Y.: Managment of genital herpes in HIV-infected patients. Herpes, , 41–45 (2001) U pacjentów immunokompetentnych opornoœæ wi- 8 2. Arvin A.M.: Varicella-zoster virus: pathogenesis, immunity, rusów opryszczki na acyklowir nie stanowi obec- and clinical management in hematopoietic cell transplant nie wiêkszego problemu terapeutycznego, poniewa¿ recipients. Biol. Blood Marrow Transpl. 6, 219–230 (2000) szczepy oporne w tej grupie stanowi¹ niespe³na 1% 3. Avgil M., Ornoy A.: Herpes simplex and Epstein-Barr virus izolatów. Brak równie¿ doniesieñ mówi¹cych, ¿e ich infections in pregnancy: consequences of neonatal or intra- iloœæ zwiêksza siê w efekcie ekspozycji na lek [56]. uterine infections. Reprod. Toxicol. 21, 436–445 (2006) 4. Bacon H.T., Levin J.M., Leary J.J. Starisky T.R., Sutton D.: U pacjentów z obni¿on¹ wydolnoœci¹ uk³adu immu- Herpes simplex virus resistance to acyclovir and penciclovir nologicznego oko³o 3–30% (w zale¿noœci od przy- after two decades of antiviral therapy. Clin. Microbiol. Rev. czyny immunosupresji) izolowanych szczepów wirusa 16, 114–128 (2003) wykazuje odpornoœæ na acyklowir [6]. Powa¿niejsze 5. Boeckh M., Hutchinson F.: Prevention of VZV infection in wyzwanie dla lekarzy i naukowców stanowi terapia immunosuppressed patients using antiviral agents. Herpes, 13, 60–65 (2006) osób zaka¿onych HHV-3 i HIV, poniewa¿ koinfekcja 6. Boivin G., Erice A., Crane D.D., Balfour H.H.: Acyclovir zwiêksza prawdopodobieñstwo powstania mutantów susceptibilities of herpes simplex virus strains isolated from opornych na analogii nukleozydów, szczególnie acy- solid organ transplant recipients after acyclovir or ganciclovir klowiru [1]. Leki takie jak: famcyklowir czy walacy- prophylaxis. Antimicrob. Agents Chemother. 37, 357–359 klowir, dzia³aj¹ce u ludzi z naturaln¹ odpornoœci¹, nie (1993) by³y sprawdzane w grupie pacjentów z niedoborami 7. Church D., Elsayed S., Reid O., Winston B., Lindsay R.: Burn wound infections. Clin. Microbiol. Rev. 19, 403–434 (2006) immunologicznymi [19]. 8. Cieœluk B., Majewska A.: Wirus opryszczki pospolitej typu 1 (HSV-1): epidemiologia i kliniczne postacie nietypowych zaka¿eñ. Zaka¿enia, zesz.1, 71–72 (2006) 9. Podsumowanie 9. Cunhan B. A., Eisenstein L. E., Dillard T., Krol V.: Herpes simplex virus (HSV) pneumonia in a heart transplant: diag- nosis and therapy. Heart Lung, 36, 72–78 (2007) Zaka¿enia powodowane przez alfaherpeswirusy 10. Cunningham A.L., Breuer J., Dwyer D.E., Gronow D.W., mog¹ manifestowaæ siê ró¿nymi objawami i nasile- Helme R.D., Litt J.C., Levin M.J., MacIntyre C.R.: The pre- niem. W przypadku osób, których uk³ad immunolo- vention and management of herpes zoster. Med. J. Aust, 188, giczny funkcjonuje prawid³owo zaka¿enia takie mog¹ 171–176 (2008). 11. Davison A, Eberle R., Hayward G.S.: Herpesviruses, (w) powodowaæ niegroŸne pêcherzykowate zmiany na po- Virus taxonomy – classification and nomenclature of viru- wierzchni skóry i b³on œluzowych, które z czasem mi- ses. VIIIth report of the International Committee on Taxono- jaj¹. Sytuacja ma siê ca³kiem inaczej u osób, u których my of Viruses. Red. C.M. Fauquet, M.A. Mayo, J. Maniloff, wystêpuje stan immunosupresji. W grupie takich pa- Elsevier Academic Press, San Diego 2005, s. 193–212. cjentów objawy mog¹ mieæ charakter bardziej nasilony 12. Ducro A.N., Sha B.E., Jakate S., Hayden M.K., Simon D.M., i przewlek³y, a nawet zagra¿aæ ¿yciu. Saltzberg S.N., Arai S., Kessler H.A.: Herpes simplex virus hepatitis: expanding the spectrum of disease. Transpl. Infect. Wirusy te mog¹ byæ przyczyn¹ niezwykle niebez- Dis. 8, 171–176 (2006) piecznych schorzeñ takich jak zapalenie mózgu, opon 13. Dwyer D.E., Cunningham A.L.: Herpes simplex and varicel- mózgowych, czy p³uc. Czêsto objawy zwi¹zane z nimi la-zoster virus infections. Med. J. Aust, 177, 267–273 (2002) s¹ nietypowe i trudno jednoznacznie stwierdziæ, ¿e 14. Dzieci¹tkowski T., Majewska A., Krawczyk E., £uczak M.: czynnikiem etiologicznym s¹ w³aœnie wirusy oprysz- Postacie kliniczne i diagnostyka herpeswirusowych zaka¿eñ skóry. Przegl. Dermat. 2, 195–200 (2007) czki typu 1 i 2, czy wirusa ospy wietrznej/pó³paœca. 15. Elion G.B.: The chemotherapeutic exploitation of virus-spe- Dlatego bardzo wa¿ne jest stosowanie czu³ych metod cified enzymes. Adv. Enzym. Regul. 18, 53–66 (1980) diagnostycznych mog¹cych jednoznacznie potwier- 16. Engstrom R.E. Jr, Holland G.N., Margolis T.P., Muccioli C., dziæ obecnoœæ wirusa. Odnosi siê to szczególnie do Lindley J.I., Belfort R. Jr, Holland S.P., Johnston W.H., diagnostyki opryszczkowego zapalenia mózgu, gdzie Wolitz R.A., Kreiger A.E.: The progressive outer retinal necrosis syndrome. A variant of necrotizing herpetic retino- wirus rzadko jest obecny w p³ynie rdzeniowo-mózgo- pathy in patients with AIDS. Ophthalmology, 101, 1488– wym [59]. 1502 (1994) Obecnie wyzwanie dla naukowców stanowi opra- 17. Erlich K. S.: Management of herpes simplex and varicella cowanie skutecznych metod leczenia skierowanych zoster virus infections. West J. Med. 166, 211–215 (1997) przeciwko Alphaherpesvirinae, poniewa¿ coraz czêœ- 18. Gnann J.W.: Varicella-zoster virus: atypical presentations ciej wœród tych wirusów pojawiaj¹ siê szczepy oporne and unusual complications. J. Infect. Dis. 186, 91–98 (2002) 19. Gershon A.: Prevention and treatment of VZV infections in na analogi nukleozydów np. acyklowir. Dodatkowym patients with HIV. Herpes, 8, 32–36 (2001) problemem terapeutycznym jest fakt, i¿ leki te nie 20. Gross G., Schöfer H., Wassilew S., Friese K., Timm A., dzia³aj¹ na wirusa w formie latentnej [59]. Guthoff R., Pau H.W., Malin J.P., Wutzler P., Doerr H.W.: 104 KAROLINA KARABIN, EMILIA CHUDZIK, TOMASZ DZIECI¥TKOWSKI

Herpes zoster guideline of the German Dermatology Society 41. Pruitt A.A.: Nervous system infections in patients with can- (DDG). J. Clin. Virol. 26, 277–289 (2003) cer. Neurol. Clin. N. Am. 21, 193–219 (2003) 21. Harris W., Collins P., Fenton R.J., Snowden W., Sowa M., 42. Reusser P.: Management of viral infections in immunocom- Darby G.: Phenotypic and genotypic characterization of promised cancer patients Swiss Med. Wkly. 132, 374–378 clinical isolates of herpes simplex virus resistant to aciclovir. (2002) J. Gen. Virol. 84, 1393–1401 (2003) 43. Roizmann B., Desrosiers R.C., Fleckenstein B., Lopez C., 22. Herget G.W., Riede U.N., Schmitt-Gräff A., Lübbert M., Minson A.C., Studdert M.J.: The Family Herpesviridae: an Neumann-Haefelin D., Köhler G.: Generalized herpes sim- update. Arch. Virol. 123, 425–449 (1992) plex virus infection in immunocompromised patient – report 44. Roizman B., Whitley R.J.: The nine ages of herpes simplex. of a case and review of the literature. Pathol. Res. Pract. 201, Herpes, 8, 273–279 (2001) 123–129 (2005) 45. Rock D.L., Nesburn A.B., Ghiasi H., Ong J., Lewis T.L., 23. Hwang Y.S., Spruance S.L.: The epidemiology of uncommon Lockensgard J.R., Wechsler S.L.: Detection of latency-related herpes simplex virus type 1 infections. Herpes, 6, 16–19 (1999) viral RNA in trigeminal ganglia of rabbits infected with her- 24. Jacobs R.F.: Neonatal herpes simplex virus infections. Semin. pes simplex virus type 1. J. Virol. 61, 3820–3826 (1987) Perinatol. 22, 64–71 (1998) 46. Severson J.L., Tyring S.K.: Relation between herpes simplex 25. Jenkins F.J., Rowe D.T., Rinaldo C.R.: Herpesvirus infec- viruses and human immunodeficiency virus infections. Arch. tions in organ transplant recipients. Clin. Diagn. Lab. Immu- Dermatol. 135, 1393–1397 (1999) nol. 10, 1–7 (2003) 47. Schaeffer H.J., Beauchamp L., de Miranda P., Elion G.B., 26. Jones C.: Herpes simplex virus type 1 and bovine herpesvirus Bauer D., Collins J.P.: 9-(2-hydroxyethoxymethyl) guanine latency. Clin. Microbiol. Rev. 16, 79–95 (2003) activity against viruses of the herpes group. Nature, 272, 27. Kimberlin D.W.: Neonatal herpes simplex infection. Clin. 583–585 (1978) Microbiol. Rev. 17, 1–13 (2004) 48. Sheridan R.L., Schulz J.T., Weber J.M., Ryan C.M., Paster- 28. Koelle D.M., Corey L.: Herpes simplex: insights on patho- nack M.S., Tompkins R.G.: Cutaneous herpetic infections genesis and possible vaccines. Annu. Rev. Med. 59, 381–395 complicating burns. Burns, 26, 621–624 (2000) (2008) 49. Singh N.: Infections in solid-organ transplant. Am. J. Infect. 29. Kotton C. N., Fishman J. A.: Viral infection in the renal trans- Control. 25, 409–417 (1997) plant recipient. J. Am. Soc. Nephrol. 16, 1–17 (2005) 50. Suzutani T., Ishioka K., De Clercq E., Ishibashi K., Kaneko H., 30. Kremer I., Wagner A., Shmuel D., Yussim A., Shapira Z.: Kira T., Hashimoto K., Ogasawara M., Ohtani K., Wakamiya Herpes simplex keratitis in renal transplant patients. Br. N., Saijo M.: Differential mutation patterns in thymidine J. Ophthalmol. 75, 94–96 (1991) kinase and DNA polymerase genes of herpes simplex virus 31. Lachmann R.: Herpes simplex virus latency. Expert Rev. type 1 clones passaged in the presence of acyclovir or pencic- Mol. Med. 29, 1–14 (2003) lovir. Antimicrob. Agents Chemother. 47, 1707–1713 (2003) 32. Lehman I.R., Boehmer P.E.: Replication of herpes simplex 51. Tauro S., Toh V., Osman H., Mahendra P.: Varicella zoster virus DNA. J. Biol. Chem. 274, 28059–28062 (1999). meningoencephalitis following treatment for dermatomal 33. Leming P.D., Martin S.E., Zwellinger L.A.: Atypical herpes zoster in an alloBMT patient. Bone Marrow Transplant. 26, simplex (HSV) infection in a patient with Hodgkin’s disease. 795–796 (2000) Cancer, 54, 3043–3047 (1984) 52. Toledo P.V., Pellegrino L.N., Cunha C.A.: Varicella-zoster 34. Majewska A., Krawczyk E., £uczak M.: Opryszczka narz¹- virus encephalitis in an AIDS patient. Braz. J. Infect. Dis. 8, dów p³ciowych (genital herpes) – obraz kliniczny i mo¿liwe 255–258 (2004) nastêpstwa zaka¿eñ. Zaka¿enia, zesz. 5, 61–70 (2005) 53. Tomonari A., Iseki T., Takahashi S., Ooi J., Takasugi K., 35. Majewska A., £uczak M., Cieœluk B.: Standardy leczenia Shimohakamada Y., Ohno N., Nagamura F., Uchimaru K., infekcji wywo³anych przez herpes simplex virus (HSV) Tani K., Tojo A., Asano S.: Varicella-zoster virus infection – terapia alternatywna i chemioprofilaktyka. Zaka¿enia, in adult patients after unrelated cord blood transplantation: zesz. 2, 79–83 (2006) a single institute experience in Japan. Br. J. Haematol. 122, 36. Mbopi-Keou F.X., Robinson N.J., Mayaud P., Belec L.D., 802–805 (2003) Brown W.G.: Herpes simplex virus type 2 and heterosexual 54. Weidmann M., Meyer-König U., Hubert F. T.: Rapid detection spread of human immunodeficiency virus infection in deve- of herpes simplex virus and varicella-zoster virus infections loping countries: hypotheses and research priorities. Clin. by real-time PCR. J. Clin. Microbiol. 41, 1565–1568 (2003) Microbiol. Infect. 9, 161–171 (2002) 55. Weisdorf D.: Varicella zoster infection after bone marrow 37. McGill S.N., Cartotto R.C.: Herpes simplex virus infection transplantation: incidence risk factors and complications. in a paediatric burn patient: case report and review. Burns, Bone Marrow Transplant. 13, 277–283 (1994) 26, 194–199 (2000) 56. Wolf R., Wolf D., Orion E., Matz H.: Long-term prophylactic 38. Miller G.G., Dummer J.S.: Herpes simplex and varicella antiviral therapy for recurrent herpes simplex: the controversy zoster viruses: forgotten but not gone. Am. J. Transpl. 7, goes on. Clin. Dermat. 21, 164–167 (2003) 741–747 (2007) 57. Wood M. J.: History of varicella zoster virus. Herpes, 7, 39. Mitchell B.M., Bloom D.C., Cohrs R.J., Gilden D.H., Ken- 60–65 (2000) nedy P.G.: Herpes simplex virus-1 and varicella-zoster virus 58. Wood M. J.: Viral infections in neutropenia-current problems latency in ganglia. J. Neurovirol. 9, 194–204 (2003) and chemotherapeutic control. J. Antimicrob. Chemother. 41, 40. Ormerod L.D., Larkin J.A., Margo C.A., Pavan P.R., 81–93 (1998) Menosky M.M., Haight D.O., Nadler J.P., Yangco B.G., 59. Zajkowska J.M., Hermanowska-Szpakowicz T, Pance- Friedman S.M., Schwartz R., Sinnott J.T.: Rapidly progres- wicz S.A., Kondrusik M., Grygorczuk S.: Opryszczkowe za- sive herpetic retinal necrosis: a blinding disease characteristic palenie mózgu: herpes simplex encephalitis. Pol. Przegl. of advanced AIDS. Clin. Infect. Dis. 26, 34–45 (1998) Neurol. 2, 22–26 (2006) POST. MIKROBIOL., RÓ¯NORODNE FUNKCJE 2010, 40, 2, 105–114 http://www.pm.microbiology.pl WYBRANYCH PIGMENTÓW BAKTERYJNYCH

Krystyna I. Wolska*1, Anna M. Grudniak1, Anna Kraczkiewicz-Dowjat1, Anna Kurek1

1Zak³ad Genetyki Bakterii, Instytut Mikrobiologii, Wydzia³ Biologii, Uniwersytet Warszawski ul. Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa

Wp³ynê³o w lutym 2010 r.

1. Wstêp. 2. Pigmenty jako czynniki wirulencji. 2.1. Pseudomonas aeruginosa i piocyjanina. 2.2. Staphylococcus aureus i stafylo- ksantyna. 2.3 Inne bakterie chorobotwórcze i ich pigmenty. 3. Funkcje pigmentów nie zwi¹zane z chorobotwórczoœci¹. 3.1. Fotosyn- teza. 3.2. Pozyskiwanie ¿elaza. 3.3. Ochrona przed szkodliwym dzia³aniem czynników œrodowiskowych i zwi¹zków antybakteryjnych. 4. Mo¿liwoœæ zastosowania pigmentów bakteryjnych w medycynie i przemyœle. 5. Podsumowanie Various functions of selected bacterial pigments Abstract: Bacterial pigments are produced by numerous bacterial species. Their production gives the bacteria an advantage in their competition for environmental niches. Several pigments produced by pathogens, e.g. staphyloxanthin of S. aureus or pyocyanin of P. aeruginosa have been proved to be important factors of virulence and their modes of action are well established. In natural environment, such as soil or water, bacterial pigments are indispensable for photosynthesis. They are also able to protect bacteria against harmful effect of temperature, osmolarity, radiation and antibacterial compounds and also to help bacteria in iron acquisition via the pathways alternative to siderophores. Recently, studies have been conduced on antibacterial therapy based on pigment inhibition and the potential use of pigments in the industry and medicine, mainly as an anticancer agents. Introduction. 2. Pigments as the virulence factors. 2.1. Pseudomonas aeruginosa and pyocyanin. 2.2. Staphylococcus aureus and staphyloxanthin. 2.3. Other pathogenic bacteria and their pigments. 3. Functions of pigments other than virulence determinants. 3.1. Photosynthesis. 3.2. Acquisition of iron. 3.3. Protection against harmful environmental factors and antibacterials. 4. Possibility of medical and commercial application of bacterial pigments. 5. Summary

S³owa kluczowe: pigmenty bakteryjne, czynniki wirulencji, fotosynteza, pozyskiwanie ¿elaza, ochrona przed stresem Key words: bacterial pigments, virulence factors, photosynthesis, iron acquisition, stress protection

1. Wstêp menty bakteryjne maj¹ aktywnoœæ antybiotyczn¹ oraz, co bardzo wa¿ne, s¹ czynnikami wirulencji chorobo- Wiele gatunków bakterii nale¿¹cych do kilku ty- twórczych bakterii. Te wszystkie naturalne funkcje pów taksonomicznych posiada zdolnoœæ do syntezy bakteryjnych barwników bêd¹ omówione w nastêp- zwi¹zków barwnych. Gatunki barwne, nie tylko bak- nych rozdzia³ach tego opracowania. Nale¿y tak¿e teryjne, maj¹ istotn¹ przewagê w naturalnym œro- zaznaczyæ, ¿e kolorystyka poszczególnych gatunków dowisku bytowania, co jest szczególnie widoczne znajduje odbicie w ich nazwie, na przyk³ad Staphy- w przypadku zwierz¹t krêgowych, których jaskrawe lococcus aureus (gronkowiec z³ocisty) lub Chromo- ubarwienie zwiêksza atrakcyjnoœæ osobników dla p³ci bacterium violaceum (gatunek bakteryjny o zabarwie- przeciwnej, u³atwia kamufla¿ a tak¿e odstrasza poten- niu fioletowym). Pigmentacja jest tak¿e cech¹ u³atwia- cjalnych wrogów. Wszystkie te korzyœci zwi¹zane s¹ j¹c¹ identyfikacjê danego gatunku, szczególnie istotn¹ ze zdolnoœci¹ zwierz¹t do percepcji ró¿nych kolorów, w diagnostyce klinicznej. co a priori jest niemo¿liwe u bakterii. Mimo tego, Badania funkcji barwników oraz szlaków ich bio- korzyœci, które czerpi¹ barwne bakterie s¹ liczne i ró¿- syntezy w komórce bakteryjnej prowadzone s¹ inten- norodne, a ich przewaga selekcyjna nad gatunkami sywnie od oko³o 20 lat. Eksperymenty wykonuje siê lub mutantami bezbarwnymi jest znaczna. Korzyœci te zarówno in vivo, g³ównie przez porównanie fenotypu polegaj¹ na: zdobywaniu pokarmu i energii (bakterie bezbarwnego mutanta z barwnym szczepem wyjœcio- fotosyntetyzuj¹ce), pozyskiwaniu ¿elaza ze œrodowi- wym, jak i in vitro, badaj¹c wp³yw izolowanych pig- ska, ochronie przed szkodliwym dzia³aniem œwiat³a mentów na œrodowisko (w wypadku bakterii chorobo- widzialnego o du¿ym natê¿eniu, promieniowania ultra- twórczych na komórki zainfekowanego gospodarza). fioletowego, ekstremalnych temperatur, jak równie¿ W ostatnich latach sta³o siê mo¿liwe wykorzystanie zwi¹zków o dzia³aniu antybakteryjnym, produkowa- w tych badaniach technik stosowanych w biologii nych przez inne organizmy. Poza tym niektóre pig- molekularnej i biotechnologii, co przybli¿a dog³êbne

* Autor korespondencyjny: Zak³ad Genetyki Bakterii, Instytut Mikrobiologii, Wydzia³ Biologii, Uniwersytet Warszawski, ul. Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa, tel.: (22) 554 13 02, e-mail: [email protected] 106 KRYSTYNA I. WOLSKA, ANNA M. GRUDNIAK, ANNA KRACZKIEWICZ-DOWJAT, ANNA KUREK poznanie zarówno regulacji syntezy pigmentów jak a szczególnie P. aeruginosa, stanowi¹ du¿e zagro¿e- i mechanizmów ró¿norodnego (plejotropowego) ich nie zdrowotne. dzia³ania na komórki organizmów wy¿szych oraz mo- P. aeruginosa wytwarza cztery pigmenty, z których lekularnych podstaw udzia³u barwników w chorobo- najwa¿niejszym jest piocyjanina, koloru niebiesko- twórczoœci bakterii. zielonego. Barwnik ten jest wydzielany poza komór- kê, nadaj¹c charakterystyczne szmaragdowe zabar- wienie pod³o¿u hodowlanemu lub wydzielinie p³ucnej 2. Pigmenty jako czynniki wirulencji osób zaka¿onych tym patogenem. Innymi barwnikami P. aeruginosa s¹: zielona, zdolna do fluorescencji 2.1. Pseudomonas aeruginosa i piocyjanina fluoresceina (piowerdyna), czerwona piorubina oraz br¹zowa melanina. Barwa dwóch ostatnich bywa Gramujemne pa³eczki, P. aeruginosa (klasa Gam- maskowana przez zielony kolor piocyjaniny. Piocyja- maproteobacteria, rodzina Psedomonadaceae) cha- nina (1-hydroksy-5-metylofenozyna) jest zwiterjonem rakteryzuj¹ siê zdolnoœci¹ do przeprowadzania bardzo (Rys. 1A). T¹ nazw¹ okreœlane s¹ zwi¹zki, w których licznych reakcji biochemicznych, które nale¿¹ do w jednej cz¹steczce i blisko siebie znajduj¹ siê grupy ró¿norodnych szlaków metabolicznych. W zwi¹zku na³adowane dodatnio i ujemnie. Taka struktura umo¿- z tym, bakterie te mo¿e rosn¹æ w ró¿nych œrodowis- liwia swobodne przechodzenie cz¹stek przez b³ony kach i maj¹ zdolnoœæ do infekcji wielu gatunków biologiczne. Piocyjnina jest wa¿nym czynnikiem wi- organizmów eukariotycznych, od ameby do cz³owieka. rulencji P. aeruginosa. Powoduje znaczny wzrost stê- U ludzi wywo³uj¹ liczne schorzenia, w tym: zapalenie ¿enia reaktywnych form tlenu – RFT (ang. reactive ucha œrodkowego, zapalenie stawów, zapalenie wsier- oxygen substances – ROS) w komórkach eukariotycz- dzia, choroby uk³adu moczowego, zaka¿enia ran, na nych. Ma to zwi¹zek ze zdolnoœci¹ tego barwnika do przyk³ad powsta³ych w wyniku poparzeñ. Ogromny przenoszenia elektronów ze zwi¹zków zredukowa- potencja³ chorobotwórczy P. aeruginosa zwi¹zany jest nych, np. glutationu, na tlen, a to prowadzi do obni¿e- z syntez¹ przez tê bakteriê kilku czynników wirulen- nia w eukariotycznej komórce stê¿enia antyoksydan- cji, z których najwa¿niejszymi s¹ proteazy, hemolizy- tów z jednoczesnym zwiêkszeniem stê¿enia zwi¹zków ny, adhezyny i egzotoksyny. Te ostatnie odpowiadaj¹ silnie utleniaj¹cych, którymi s¹ RFT [42]. Obser- za martwicê tkanek i problemy z leczeniem zainfeko- wowano równie¿ zahamowanie aktywnoœci katalazy wanych ran. Egzotoksyny s¹ transportowane bezpo- przez ten barwnik [41]. Wszystkie RFT zawieraj¹ œrednio do komórek eukariotycznych przez system w cz¹steczkach reaktywne, niesparowane elektrony. sekrecji typu III, który, jako taki, mo¿e byæ tak¿e uwa- Przyk³adami tych zwi¹zków s¹ wolne rodniki, nad- ¿any za czynnik wirulencji tej bakterii [61]. Jednak, tlenki oraz tlen singletowy (O = O). Ograniczona iloœæ mimo obecnoœci tak licznych czynników odpowiedzial- RFT powstaje w komórkach eukariotycznych jako nych za patogennoœæ, gatunek ten rzadko infekuje osob- naturalne produkty metabolizmu i pe³ni wa¿ne funk- niki zdrowe, a to ze wzglêdu na s³ab¹ zdolnoœæ do ko- cje w oksydatywnej, mitochondrialnej fosforylacji, lonizacji i niszczenia komórek nab³onka. Dlatego te¿ apoptozie czy krzepniêciu krwi [35]. Zwiêkszenie stê- P. aeruginosa jest klasycznym przyk³adem patogenu ¿enia RFT bêd¹ce typowym skutkiem wielu infekcji oportunistycznego, groŸnego dla osób z obni¿on¹ od- bakteryjnych, nazywane stresem oksydacyjnym, jest pornoœci¹, z czym wi¹¿¹ siê ró¿norodne zaka¿enia wa¿nym czynnikiem obrony gospodarza przed infe- szpitalne, których jest przyczyn¹. Do czynników ryzy- kuj¹cymi patogenami (patrz ni¿ej). Jednak masywny, ka zaka¿eniem P. aeruginosa nale¿¹: AIDS, choroba zwi¹zany z aktywnoœci¹ piocyjaniny stres oksyda- nowotworowa, cukrzyca, a zw³aszcza mukowiscydoza. cyjny po infekcji P. aeruginosa ma wielorakie skutki Wolno ¿yj¹ce komórki P. aeruginosa s¹ niezwykle destrukcyjne. Olbrzymie zwiêkszenie RFT w komór- ruchliwe dziêki obecnoœci d³ugiej, pojedynczej rzêski kach ¿ernych – neutrofilach prowadzi do ich apop- umiejscowionej na biegunie bakterii. Gatunek ten tozy, zanotowano równie¿ zmniejszenie wydzielania ma tak¿e zdolnoœæ do wzrostu w postaci biofilmu. cytokin, co skutkuje supresj¹ uk³adu immunologicz- Pojedyncze komórki tworz¹ce tê strukturê s¹ zle- nego [2]. Oksydacyjny stres zaburza tak¿e homeosta- pione, i przez to unieruchomione, przez wielocukier, zê jonów wapnia, a co za tym idzie sekrecjê œluzu, alginian, tworz¹cy tzw. macierz biofilmu [44]. Bio- rytmiczny ruch rzêsek w górnych drogach oddecho- filmy tworz¹ siê na granicy faz, a wiêc, miêdzy inny- wych, a nawet prowadzi do uszkodzenia nab³onka mi, na powierzchniach urz¹dzeñ medycznych np. [25]. Wyniki badañ in vivo prowadzone na modelu drenów, cewników, szkie³ kontaktowych. Substancje mysim wykaza³y, ¿e piocyjanina odpowiedzialna jest antybakteryjne, w tym antybiotyki, s³abo dzia³aj¹ na za nekrozê tkanki p³ucnej [29]. Barwnik ten ma tak¿e bakterie znajduj¹ce siê w biofilmie; w zwi¹zku z tym silne dzia³anie antybiotyczne, co zostanie omówione wszystkie patogeny zdolne do tworzenia biofilmów, w nastêpnym rozdziale. RÓ¯NORODNE FUNKCJE WYBRANYCH PIGMENTÓW BAKTERYJNYCH 107

Rys. 1. Chemiczna struktura wybranych pigmentów bakteryjnych. (A) piocyjanina P. aeruginosa, (B) stafyloksantyna S. aureus, (C) porfiryna P. gingivalis, (D) wiolaceina C. violaceaum, (E) melanina C. neoformans, (F) granadyna streptokoków grupy B, (G) chlorofil a, (H) bakteriochlorofil a, (J) prodigiozyna S. marcescens

W tym miejscu nale¿y wspomnieæ, ¿e niedawno 2.2. Staphylococcus aureus i stafyloksantyna ukaza³o siê wyczerpuj¹ce opracowanie dotycz¹ce in- nej klasy pigmentów – piowerdyn, fluoryzuj¹cych Staphylococcus aureus (klasa Bacilli, rodzina barwników) zaliczanych do sideroforów. W pracy Staphylococcaceae) jest Gram-dodatnim, koagulazo- mo¿na znaleŸæ informacjê dotycz¹ce , miêdzy innymi, dodatnim ziarniakiem, którego komórki tworz¹ nie- roli piowerdyn w ochronie biologicznej roœlin oraz regularne skupienia przypominaj¹ce grona. Bytuje o ich znaczeniu i zastosowaniu w medycynie [24]. g³ównie na skórze i b³onach œluzowych naczelnych, 108 KRYSTYNA I. WOLSKA, ANNA M. GRUDNIAK, ANNA KRACZKIEWICZ-DOWJAT, ANNA KUREK ale równie¿ innych ssaków i ptaków. Sporadycznie komórkowych. Wykazano eksperymentalnie, ¿e obec- izolowany jest z gleby, wody s³odkiej i morskiej, naj- noœæ stafyloksantyny czyni komórki bardziej opornymi prawdopodobniej z miejsc zanieczyszczonych produk- na szkodliwe dzia³anie wody utlenionej, podchlorynu tami pochodzenia zwierzêcego. Szacuje siê, ¿e przynaj- i wolnych rodników oraz sprawia, ¿e wiêksza iloœæ mniej 10% populacji ludzkiej jest stale lub okresowo bakterii prze¿ywa w neutrofilach [7]. Udowodniono nosicielami S. aureus, najczêœciej w jamie nosowej. równie¿, ¿e bezbarwny mutant S. aureus charakteryzu- W zwi¹zku z powy¿szym gatunek ten mo¿e byæ okreœ- je siê znacznie mniejsz¹ patogennoœci¹ dla myszy, po lany mianem patogenu oportunistycznego. Mimo to podskórnym wprowadzeniu zawiesiny bakterii [32]. schorzenia przez niego wywo³ywane s¹ bardzo groŸ- ne i charakteryzuj¹ siê du¿¹ œmiertelnoœci¹. Z chorób 2.3. Inne bakterie i ich pigmenty o etiologii gronkowcowej nale¿y wymieniæ: zaka¿e- nia skóry i tkanek miêkkich (czyraki, jêczmieñ, ropnie Porphyromonas gingivalis (klasa Bacteroidia, ro- – równie¿ ran pooperacyjnych, zapalenie sutka, zapale- dzina Porphyromonadaceae) jest beztlenow¹ bakteri¹ nie mieszka w³osowego), infekcje uk³adowe (zapale- wywo³uj¹c¹ niektóre odmiany paradontozy. Oprócz nie szpiku kostnego i koœci, p³uc, wsierdzia, opon móz- tego mo¿e powodowaæ schorzenia przewodu pokar- gowo-rdzeniowych, uk³adu moczowego, posocznicê mowego i uk³adu oddechowego. Gatunek ten produ- gronkowcow¹), oraz choroby zwi¹zane z dzia³aniem kuje kolagenazê, i w³aœnie rozk³ad kolagenu przyczy- swoistych toksyn (chorobê Rittera, zatrucia pokar- nia siê do rozwoju paradontozy. Podczas wzrostu na mowe). S. aureus syntetyzuje wiele czynników wiru- agarze z krwi¹, bakteryjne kolonie maj¹ czarne zabar- lencji, z których szczególnie groŸne s¹ toksyny – en- wienie wskutek syntezy porfiryny. Porfiryny s¹ zwi¹z- terotoksyny (odpowiedzialne za zatrucia pokarmowe), kami heterocyklicznymi, zawieraj¹cymi cztery pierœ- hemolizyny, koagulaza, egzofoliatyna, leukocydyna, cienie pirolowe (Rys. 1C) [5]. Pigment produkowany czynnik CF, hialuronidaza, fibrynolizyna. Nale¿y jesz- przez P. gingivalis powstaje w wyniku proteolitycznej cze nadmieniæ, ¿e gatunek ten ma du¿¹ zdolnoœæ do degradacji hemoglobiny [51]. Porfiryna jest silnym wzrostu w postaci biofilmów, co podobnie jak w przy- przeciwutleniaczem i chroni komórki patogenu przed padku P. aeruginosa, potêguje jego chorobotwórczoœæ. antybakteryjnym dzia³aniem RFT [52]. Ostatnio izoluje siê coraz wiêcej szczepów opornych Wzglêdnie beztlenowa, wytwarzaj¹ca antybiotyki na antybiotyki $-laktamowe powszechnie stosowane bakteria, czêsto izolowana z gleb i wód subtropikal- w leczeniu chorób wywo³ywanych przez gronkowce, nych i tropikalnych, Chromobacterium violaceum czego przyk³adem s¹ szczepy MRSA (methicilin resi- (klasa Betaproteobacteria, rodzina Neisseriaceae), stant S. aureus) [16]. mo¿e byæ sporadyczn¹ przyczyn¹ zaka¿eñ skórnych S. aureus wytwarza dwa pigmenty, z³ot¹ stafylo- i sepsy [11]. Gatunek ten zdolny jest do produkcji ksantynê oraz, w mniejszej iloœci, ¿ó³t¹ 4’4’-diapone- kilku antybiotyków, a w obecnoœci tlenu wytwarza fio- noporynê, które s¹ odpowiedzialne za barwê komórek. letowy barwnik, wiolaceinê, która ma równie¿ w³aœci- Ta pierwsza jest wa¿nym czynnikiem wirulencji gron- woœci antybiotyczne, o czym bêdzie wzmianka w na- kowca [32]. Stafyloksantyna nale¿y do karotenoidów. stêpnym rozdziale. Wiolaceina, w³aœciwie wiolaceina Zwi¹zki te s¹ powszechnie syntetyzowane przez roœli- 5 (Ryc. 1D), jest pochodn¹ pirolidyny i wytwarzana ny ($-karoten), grzyby i glony. Wiele z nich znajduje jest z L-tryptofanu i cz¹steczkowego tlenu przy udziale zastosowanie w medycynie, kosmetologii i jako do- piêciu enzymów, VioA – E [3]. Podobnie do uprzed- datek do pasz. Ostatnio wykazano, ¿e dieta bogata nio omówionych pigmentów, barwnik ten jest silnym w karotenoidy zmniejsza ryzyko zachorowania na raka przeciwutleniaczem, wydajnie usuwaj¹cym RFT z ko- [9]. Chemicznie, karotenoidy s¹ mieszanymi cyklicz- mórek eukariotycznych. Wydaje siê, ¿e wiolaceina ma no-liniowymi polienami; stafyloksantyna zawiera szczególne znaczenie w ochronie przed utlenianiem szkielet wêglowy C30 z naprzemiennie u³o¿onymi lipidów znajduj¹cych siê w os³onach bakteryjnych [28]. pojedynczymi i podwójnymi wi¹zaniami (Rys. 1B) Stosunkowo nieliczne bakterie chorobotwórcze, [46]. Taka budowa chemiczna sprawia, ¿e stafyloksa- w tym Proteus mirabilis (klasa Gammaproteobacteria, nyna, jak i inne karotenoidy, jest silnym antyoksydan- rodzina Enterobacteriaceae) wywo³uj¹cy zaka¿enia tem, ³atwo ulega utlenieniu, absorbuj¹c energiê z RFT uk³adu moczowego i ran, Vibrio cholerae (klasa Gam- [12]. Jak ju¿ wy¿ej wspomniano, po infekcji bakteryj- mapropteobacteria, rodzina Vibrionaceae), czynnik nej iloœæ RFT w zaatakowanym organizmie wzrasta, etiologiczny cholery oraz Burkholderia cenocepacia zw³aszcza w komórkach ¿ernych, miêdzy innymi (klasa Betaproteobacteria, rodzina Burkhoderiaceae), neutrofilach, co ma zasadnicze znaczenie w procesie która jest oportunistycznym patogenem i powoduje neutralizacji bakterii. Efektywnoœæ stafyloksantyny infekcje osób chorych na mukowiscydozê i chronicz- w usuwaniu RFT potêgowana jest jej komórkow¹ lo- n¹ granulocytozê, maj¹ zdolnoœæ do syntezy ciemno- kalizacj¹ – barwnik ten umiejscowiony jest w os³onach br¹zowych lub czarnych barwników z grupy melanin RÓ¯NORODNE FUNKCJE WYBRANYCH PIGMENTÓW BAKTERYJNYCH 109

[39]. W tym miejscu nale¿y nadmieniæ, ¿e barwniki te wspólne z etapami biosyntezy cholesterolu u ludzi s¹ bardzo rozpowszechnione u Eukaryota, wystêpuj¹ katalizowanymi przez syntetazê skwalenow¹ [7]. u zwierz¹t i patogennych grzybów takich jak Crypto- W zwi¹zku z tym, inhibitory syntetazy skwalenowej coccus neoformans i Aspergillus fumigatus [34]. Licz- np. fosfonosulfonian, hamuj¹ równie¿ wytwarzanie ne pozycje literaturowe dotycz¹ funkcji melanin w³aœ- barwnika przez S. aureus, czyni¹c komórki bakteryjne nie u tych organizmów. Wszystkie pigmenty nale¿¹ce bardziej podatnymi na usuwanie przez RFT. Udowod- do tej grupy s¹ zwi¹zkami charakteryzuj¹cymi siê niono eksperymentalnie 98%. skutecznoœæ tego zwi¹z- du¿¹ mas¹ cz¹steczkow¹ i ujemnym ³adunkiem, sk³a- ku w eliminacji patogenu eksperymentalnie wprowa- daj¹ siê z reszt fenolowych i indolowych (Rys. 1E) dzonego do myszy [33]. [59]. Melaniny stanowi¹ przyk³ad silnych przeciw- utleniaczy, stabilizuj¹ wolne rodniki, maj¹ zdolnoœæ do wi¹zania niesparowanych elektronów w RFT, z czym 3. Funkcje pigmentów nie zwi¹zane wi¹¿e siê ich dzia³anie ochronne dla komórek bakte- z chorobotwórczoœci¹ ryjnych, a to poci¹ga za sob¹ zwiêkszon¹ wirulencjê szczepów produkuj¹cych te pigmenty [38]. 3.1. Fotosynteza Paciorkowce nale¿¹ce do grupy B (klasa Bacilli, rodzina Streptococcaceae) syntetyzuj¹ czerwono-po- Niew¹tpliwie najwa¿niejsz¹ funkcj¹ barwników marañczowy pigment, granadynê, pochodn¹ ornityny jest ich kluczowa rola jak¹ pe³ni¹ w procesie fotosyn- (Rys. 1F) [49]. Ta grupa bakterii wywo³uje groŸne tezy. Organizmy prokariotyczne, podobnie jak roœlinny infekcje u noworodków, a wirulencja szczepów zwi¹- wy¿sze, maj¹ zdolnoœæ do przeprowadzania fotosyn- zana jest miêdzy innymi z produkcj¹ barwnika, czemu tezy, która jest procesem dostarczaj¹cym organizmowi towarzyszy synteza innego czynnika wirulencji, beta energii chemicznej powsta³ej w wyniku przetworzenia hemolizyny/cytolizyny [53]. Eksperymentalnie udo- energii œwietlnej oraz budulca w postaci produktów wodniono zwiêkszone prze¿ycie barwnych pacior- asymilacji dwutlenku wêgla. Warunkiem zajœcia tego kowców w makrofagach wskutek ich zdolnoœci do procesu jest obecnoœæ w ich komórkach specyficz- usuwania RFT [31]. nych barwników lub ich kompleksów odnajdywanych Przedstawione przyk³ady przekonuj¹, ¿e wirulen- w ró¿nych strukturach, które dziel¹ siê na: chromato- cja bakterii zwi¹zana jest w znacznym stopniu z ich fory (u bakterii purpurowych i siarkowych), tylakoidy zdolnoœci¹ do syntezy barwników, które zazwyczaj (u sinic) oraz chlorosomy – b³oniaste struktury uformo- pe³ni¹ funkcjê polegaj¹c¹ na ochronie patogenów wane w rurki (u bakterii zielonych). We wszystkich przed destrukcyjnym dzia³aniem RFT, a u P. aerugi- uk³adach fotosyntetycznych zawarte s¹ substancje foto- nosa indukuj¹ wzmo¿on¹ produkcjê RFT, co z kolei chemicznie czynne, mo¿na tu wyró¿niæ: chlorofile a, b, dzia³a szkodliwie na komórki ¿erne makroorganizmu. d, karotenoidy, fikobiliny oraz bakteriochlorofile a, b, W zwi¹zku z powy¿szym, podjêcie prób zbadania c, d, e i g. W sk³ad cz¹steczki chlorofilu wchodz¹ czte- zastosowania zwi¹zków hamuj¹cych szlaki syntezy ry pierœcienie pirolowe po³¹czone mostkami (= CH-) barwników w terapii chorób wywo³ywanych przez tworz¹ce porfinê, z której po do³¹czeniu ³añcuchów barwne patogeny wydaje siê dzia³aniem celowym. Jak bocznych, powstaje porfiryna [14]. Chlorofile zawiera- dot¹d sukcesy na tym polu nie s¹ liczne, choæ takie j¹ 2 grupy karboksylowe, z których jedna jest zawsze podejœcie a priori ma przewagê nad innymi rodzaja- zestryfikowana d³ugo³añcuchowym niepolarnym alko- mi terapii np. stosowaniem antybiotyków, poniewa¿ holem (najczêœciej fitolem). Chlorofil a przy drugim pozwala na eliminacjê specyficznego gatunku. Naj- pierœcieniu pirolowym posiada grupê -CH3 a chlorofil b wiêcej publikacji dotyczy potencjalnych mo¿liwoœci -CHO. Centraln¹ pozycjê w uk³adzie porfirynowym, leczenia chorób wywo³ywanych przez Cryptococcus zajmuje atom Mg zwi¹zany z atomami azotu. Absorb- neoformans przez zahamowanie produkcji melaniny cja energii œwietlnej prowadzi do wyrzucenia z cz¹- przez ten grzyb [40], a wiêc opis uzyskanych wyników steczki chlorofilu elektronów o du¿ej energii, które przekracza ramy tego opracowania. Wydaje siê, ¿e po- przechodz¹c przez ³añcuch transportu elektronów dobny rodzaj terapii mo¿e nied³ugo znaleŸæ zastosowa- dostarczaj¹ energii do wytworzenia si³y protonomoto- nie w leczeniu paradontozy wywo³anej przez P. gingi- rycznej i/lub bezpoœredniej redukcji NADP. U cyano- valis po zastosowaniu silnego, monochromatycznego bakterii (sinic) fotosynteza przebiega inaczej ni¿ œwiat³a, które jest poch³aniane przez czarny pigment, u bakterii anoksygenowych (tj. nie wytwarzaj¹cych porfirynê [1]. Du¿e nadzieje wi¹¿e siê równie¿ z le- tlenu), takich jak bakterie purpurowe i zielone i jest czeniem chorób powodowanych przez S. aureus. Jak przyk³adem oksygenicznego typu fotosyntezy bardzo wspomniano, z³ocisty barwnik produkowany przez zbli¿ónego do fotosyntezy roœlin [14, 17]. W bakterio- tê bakteriê jest karotenoidem. Szlak jego syntezy ma chlorofilach zamiast alkoholu – fitolu mo¿e wystêpo- pocz¹tkowe etapy, katalizowane przez bia³ko CrtA, waæ farnezol lub geranylogeraniol. Wzory strukturalne 110 KRYSTYNA I. WOLSKA, ANNA M. GRUDNIAK, ANNA KRACZKIEWICZ-DOWJAT, ANNA KUREK chlorofilu a oraz bakteriochlorofilu a zosta³y przed- ksimami absorpcji P870 i P890, odpowiednio, oraz stawione na rys. 1G i H. Barwnikami pe³ni¹cymi rolê bakterie purpurowe bezsiarkowe – Rhodospirillaceae, pomocnicz¹ w procesie fotosyntezy s¹ karoteny i ksan- które w warunkach tlenowych przechodz¹ na hetero- tofile [56]. Poch³aniaj¹ one promieniowanie niebiesko- trofizm. Maksimum absorpcji ich bakteriochlorofilu a fioletowe i przekazuj¹ energiê chlorofilowi a, ponadto wynosi P870 a bakteriochlorofilu b – P960. U bak- chroni¹ chlorofil przed fotooksydacj¹ mo¿liw¹ w wa- terii nale¿¹cych do Chromatiaceae (np. Chromatium, runkach nadmiernego oœwietlenia. Podstawow¹ jed- Thiospirillum, Thiophlycoccus) donorami elektronów nostk¹ strukturaln¹ karotenów jest izopren [56, 19]. s¹: siarkowodór, siarka i wodór oraz czasami zwi¹z- Wzór przyk³adowego karotenoidu zosta³ uprzednio ki organiczne (kwasy), natomiast Rhodospirillaceae omówiony na przyk³adzie stafyloksantyny S. aureus. (Rhodospirillum, Rhodopseudomonas, Rhodobacter, Bakterie fotosyntezuj¹ce mo¿na podzieliæ na cztery Rhodocyclus i Rhodopila) jako donory elektronów grupy: (1) Cyanobacteria (sinice), (2) bakterie zielone do procesu fotosyntezy wykorzystuj¹ ró¿ne zwi¹zki (Chlorobiaceae, Chloroflexaceae), (3) bakterie purpu- organiczne, a niektóre mog¹ te¿ wykorzystywaæ siar- rowe siarkowe (Chromatiaceae) oraz (4) purpurowe kowodór, siarkê i wodór [19, 23, 57]. bakterie bezsiarkowe (Rhodospirillaceae). Cyanobak- Barwniki pe³ni¹ szczególn¹ rolê u pewnych przed- terie to grupa bakterii silnie zró¿nicowana morfologicz- stawicieli Archea, które s¹ zdolne do wykorzystywania nie, wiêkszoœæ z nich zawiera chlorofil a z maksimum energii s³onecznej, chocia¿ nie potrafi¹ przeprowadzaæ absorpcji P700 i P680, natomiast zamiast chlorofilu b fotosyntezy. Na przyk³ad tlenowy Halobacterium sali- wystêpuj¹ u nich fikobiliny, do których zalicza siê narum na œwietle, w warunkach beztlenowych lub przy fikocjaninê (PC), oraz rzadziej spotykan¹ fikoerytrynê ma³ej zawartoœci tlenu, wytwarza b³onê purpurow¹, (PE). Te barwniki odnajdywane s¹ w strukturach fiko- która jest czêœci¹ b³ony cytoplazmatycznej. G³ównym bilisomów, absorbuj¹ œwiat³o barwy ¿ó³tej oraz zielo- barwnikiem purpurowym jest tu bakteriorodopsyna, no-¿ó³tej [17, 48]. Wszystkie cyjanobakterie wi¹¿¹ zawieraj¹ca œwiat³oczu³y zwi¹zek karotenowy, retinal. CO2 w cyklu Calvina, nie maj¹ pe³nego cyklu Krebsa, Po absorpcji energii œwietlnej cz¹steczka bakterio- czêœæ z nich wi¹¿e N2. Natomiast sinice zaliczane do rodopsyny przechodzi bardzo szybko w stan wzbudze- rzêdu Prochlorales, (np.: Prochlorothrix, Prochloro- nia i po poch³oniêciu fotonu przenosi przez b³onê jony flexus, Prochlorococcus i Prochloron, który jest bez- wodorowe. W rezultacie tworzony jest w b³onie silny wzglêdnym symbiontem ¿achw) zawieraj¹ chlorofil a gradient elektrochemiczny, który bakterie wykorzystu- i b. Fotosyntetyzuj¹ce bakterie zielone (Chlorobiaceae j¹ do syntezy ATP. B³ona ulega ponownej regeneracji i Chloroflexaceae), przeprowadzaj¹ ten proces przy przy udziale protonów znajduj¹cych siê w cytoplazmie, udziale bakteriochlorofili, zachodzi u nich fosforyla- opisany proces jest wiêc pewn¹ form¹ fosforylacji. cja cykliczna [17]. ród³em elektronów dla bakterio- Halobacterium jest zatem zdolny do korzystania z ener- chlorofilu jest wodór lub zwi¹zki siarki. Chlorobiaceae gii œwietlnej w celu uzyskania energii w postaci ATP, posiadaj¹ niewielkie iloœci bakteriochlorofilu a z ma- nie jest jednak autotrofem. Halobakterie, ¿yj¹c w œro- ksimum absorpcji P840, natomiast nitkowate Chloro- dowisku silnie naœwietlonym, zawieraj¹ du¿e iloœci flexaceae bakteriochlorofilu a z maksimum absorpcji karotenoidów nadaj¹cych im barwê ró¿ow¹ i chro- P865. Poza tym wystêpuj¹ u nich bakteriochlorofile c, ni¹cych wnêtrze komórki przed uszkodzeniem foto- d oraz e, które poch³aniaj¹ œwiat³o 800, 850 i 870 nm chemicznym [15, 20, 54]. [17, 19, 23, 48]. Z kolei Heliobacteriacae, br¹zowo- zielone anoksygenowe fototrofy, (dotychczas opisano 3.2. Pozyskiwanie ¿elaza czterech przedstawicieli tej grupy bakterii: Heliobac- terium, Heliophilum, Heliorestis i Heliobacillus), nie Legionella pneumophila (klasa Gammaproteobac- posiadaj¹ typowych barwników asymilacyjnych, maj¹ teria, rodzina Legionellaceae) jest Gram-ujemn¹ bak- natomiast zlokalizowany w b³onie komórkowej bak- teri¹ zasiedlaj¹c¹ œrodowiska wodne i zdoln¹ do wy- teriochlorofil g o maksimum absorpcji P798, którego wo³ywania ostrej formy zapalenia p³uc u cz³owieka. budowa jest bardzo zbli¿ona do chlorofilu a. Wiêk- L. pneumophila pozyskuje ¿elazo, g³ównie dziêki wy- szoœæ tych bakterii korzysta z nietypowych dawców twarzaniu syderoforów (legiobaktyn). Niedawno opi- elektronów, którymi s¹ zwi¹zki organiczne (alkohole, sano komplementarny system pozyskiwania tego pier- octan, pirogronian) [17, 20, 48]. wiastka przy udziale pigmentu – piomelaniny zwi¹zanej Bakterie purpurowe zawieraj¹ bakteriochlorofile a z aktywnoœci¹ reduktazy ¿elazowej [6]. Mo¿na przy- i b, jednak ich barwa jest przes³oniêta przez czerwone puszczaæ, ¿e melaniny produkowane przez inne bak- i br¹zowe karotenoidy. Wyró¿nia siê tu dwie rodziny: terie nale¿¹ce do rodzajów: Burkholderia, Klebsiella, bakterie purpurowe siarkowe – Chromatiaceae, które Proteus, Pseudomonas, Serratia, Stenotrophomonas s¹ wy³¹cznie beztlenowe, zawieraj¹ globule siarki sil- i Vibrio równie¿ uczestnicz¹ w pozyskiwaniu ¿elaza. nie za³amuj¹ce œwiat³o i bakteriochlorofile a i b z ma- U Gram-ujemnej bakterii Shewanella algae (tak¿e RÓ¯NORODNE FUNKCJE WYBRANYCH PIGMENTÓW BAKTERYJNYCH 111 u grzyba C. neoformans) opisano mechanizm redukcji zwiêkszeniem jego toksycznoœci wobec owadów [45]. tlenku ¿elaza przy udziale melaniny jako przekaŸnika W tym przypadku zwiêkszon¹ odpornoœæ na UV nale- elektronów. Równie¿ P. aeruginosa jest zdolny do poza- ¿y wi¹zaæ z obecnoœci¹ melaniny w os³onach endo- komórkowej redukcji ¿elaza przy udziale piocyjaniny [6]. spor, a zwiêkszon¹ toksycznoœæ ze zwiêkszon¹ sta- bilnoœci¹ insektycydu wynikaj¹c¹ z adsorpcji lub 3.3. Ochrona przed szkodliwym dzia³aniem wbudowania melaniny do kryszta³ów toksycznego czynników œrodowiskowych bia³ka powstaj¹cego podczas sporulacji. Te dane maj¹ i zwi¹zków antybakteryjnych du¿e znaczenie aplikacyjne ze wzglêdu na to, ¿e sku- tecznoœæ B. thuringiensis jako bio-insectycydu zale¿y Postuluje siê, ¿e zdolnoœæ mikroorganizmów do wy- g³ównie od prze¿ycia bakterii i stabilnoœci jej toksyny twarzania pigmentów pierwotnie wyewoluowa³a jako w warunkach polowych, gdzie g³ównym czynnikiem mechanizm nadaj¹cy komórkom opornoœæ na dzia³a- destabilizuj¹cym jest nas³onecznienie [45]. nie reaktywnych form tlenu, co prowadzi nie tylko do Melaniny s¹ tak¿e zdolne do wi¹zania metali ciê¿- zwiêkszenia prze¿ywalnoœci bakterii w zainfekowanym kich. Grupy karboksylowe, fenolowe, hydroksylowe gospodarzu, lecz równie¿ w œrodowisku zewnêtrznym. i aminowe wystêpuj¹ce licznie w melaninach stanowi¹ Z biegiem czasu pigmenty zosta³y zaadaptowane do potencjalne miejsca wi¹zania lub adsorpcji dla jonów pe³nienia funkcji chroni¹cych mikroorganizmy przed metali. Te w³aœciwoœci melaniny sugeruj¹ mniejsz¹ uszkodzeniami wywo³ywanymi przez inne czynniki skutecznoœæ zawieraj¹cych metale œrodków przeciw fizykochemiczne [34]. Istniej¹ liczne doniesienia wyka- grzybiczych i antybakteryjnych w eliminacji mikro- zuj¹ce, ¿e melaniny s¹ odpowiedzialne za ochronê organizmów wytwarzaj¹cych ten pigment [39]. W ba- komórek mikroorganizmów przed uszkodzeniami wy- daniach in vitro wykazano: wi¹zanie siê melaniny do wo³anymi takimi czynnikami œrodowiska jak promie- ró¿nych pod wzglêdem budowy chemicznej zwi¹z- niowanie UV i jonizuj¹ce, ekstremalne temperatury, ków, jej interakcje z wieloma lekami, zdolnoœæ do czynniki utleniaj¹ce, metale ciê¿kie, zwi¹zki antybio- adsorpcji porównywaln¹ do wêgla aktywowanego. tyczne [8, 26, 39, 43]. Melaniny nie tylko mog¹ chroniæ Mechanizm nabywania opornoœci na leki przez grzyby DNA i inne zwi¹zki przed uszkodzeniami po dzia³a- produkuj¹ce melaninê polega na wydajnym wi¹zaniu niu promieniowania UV, ale równie¿ ochraniaj¹ enzy- ich przez warstwê pigmentu w œcianie i zapobieganiu my przed proteazami, a komórki przed enzymami hy- w osi¹gniêciu celu wewn¹trz komórki. Natomiast drolitycznymi. Zapobiegaj¹ tak¿e degradacji biofilmu ochronny wp³yw melaniny bakteryjnej mo¿e byæ ogra- i mog¹ pe³niæ rolê w przep³ywie protonów i substancji niczony jej nieznan¹ lokalizacj¹ w komórce [39]. od¿ywczych w biofilmie [58, 60]. U bakterii izolowanych z powietrza i u niektórych Literatura opisuj¹ca ochronn¹ rolê melaniny u mi- wolno ¿yj¹cych, oportunistycznych mykobakterii, krooganizmów ¿yj¹cych w takich œrodowiskach jak w tym Mycobacterium kansasii i M. marinum [50] gleba i woda w wiêkszoœci dotyczy grzybów, nieliczne oraz u Deinococcus radiodurans (klasa Deinococci, prace odnosz¹ siê do bakterii. Barwnik ten syntetyzo- rodzina Deinococcaceae) rolê ochronn¹ przed stresem wany przez Vibrio cholerae chroni bytuj¹ce w wodzie oksydacyjnym pe³ni¹ karotenoidy. Tu nale¿y wspom- komórki przed stresem osmotycznym i podwy¿szon¹ nieæ, ¿e du¿a opornoœæ D. radiodurans na stres oksy- temperatur¹. Warunki te spotykane s¹ w miesi¹cach dacyjny jest jedn¹ z licznych opornoœci tej bakterii na letnich, gdy wraz ze wzrostem temperatury wzrasta szkodliwe warunki œrodowiska w tym: promieniowanie zasolenie wody. Zdolnoœæ melaniny do ochrony bak- jonizuj¹ce, podwy¿szon¹ temperaturê, zakwaszenie, terii przed stresem osmotycznym opiera siê na jej zdol- obecnoœæ trucizn i brak zwi¹zków od¿ywczych [55]. noœci do absorpcji kationów Na+ i K+, zapobiegaj¹c odwodnieniu komórki [8]. Melanina niweluje równie¿ skutki stresu oksydatywnego, co jest szczególnie istot- 4. Mo¿liwoœæ zastosowania bakteryjnych ne w porze letniej, kiedy w wyniku wzrostu intensyw- pigmentów w medycynie i przemyœle noœci promieniowania UV wzrasta stê¿enie wolnych rodników w wodach powierzchniowych, osi¹gaj¹c po- Najwiêksze nadzieje na zastosowanie bakteryjnych ziom 1–12×10–18 M. Barwny mutant V. cholerae, pigmentów w medycynie wi¹¿e siê z prodigiozyn¹, oprócz zwiêkszonej infekcyjnoœci, charakteryzuje siê czerwonym barwnikiem syntetyzowanym przez S. mar- podwy¿szon¹ odpornoœci¹ na promieniowanie UV cescens (grupa Gammaproteobacteria, rodzina Entero- (100, 200, 300 µJ/m2), czego przyczyn¹ jest prefe- bacteriaceae). Pigment ten nale¿y do grupy amin i sk³a- rencyjne absorbowanie energii tego promieniowania da siê z pierœcieni pirolowych (Rys. 1J). Liczne badania przez melaninê [58]. Wykazano równie¿, ¿e mela- prowadzone w wielu laboratoriach wykaza³y, ¿e barw- nina Bacillus thuringiensis chroni tê bakteriê przed nik ten ma bardzo silne dzia³anie cytotoksyczne na szkodliwym dzia³aniem promieni UV z jednoczesnym komórki kilku linii tkankowych. Wykazano równie¿, 112 KRYSTYNA I. WOLSKA, ANNA M. GRUDNIAK, ANNA KRACZKIEWICZ-DOWJAT, ANNA KUREK

¿e pigment ten nale¿y do inhibitorów cyklu komórko- 5. Podsumowanie wego, degraduje DNA, zmienia wewn¹trzkomórkowe pH, jak równie¿ indukuje appoptozê [47]. Stwierdzono Liczne gatunki bakterii, w tym patogeny, zdolne s¹ równie¿ jego aktywnoœci immunosupresyjn¹ wobec do produkcji barwników. Pigmenty bakteryjne pe³ni¹ limfocytów T, co ma zwi¹zek z blokowaniem prolifera- ró¿norodn¹ funkcjê, zawsze korzystn¹ dla ich produ- cji limfocytów zale¿nej od interleukiny 2 [18]. Z kolei centów. Znana jest rola barwników jako czynników eksperymenty prowadzone na zwierzêtach udowodni³y, wirulencji patogennych bakterii. W przypadku pio- ¿e prodigiozyna blokuje rozwój nowotworów, odrzut cyjaniny P. aeruginosa i stafyloksantyny S. aureus, przeszczepów, np. serca i skóry, oraz hamuje pocz¹tko- mechanizm wirulencji zwi¹zanej z produkcj¹ barwni- we etapy cukrzycy i artretyzmu [18]. Drugim pigmen- ków jest dobrze poznany na poziomie molekularnym. tem dzia³aj¹cym anty-nowotworowo jest wiolaceina, Badania innych pigmentów nie s¹ tak zaawansowane. która niszczy komórki nowotworowe jelita grubego Podstawow¹ rolê barwników w zwiêkszeniu patogen- i têczówki oraz hamuje proliferacjê limfocytów i dzia- noœci ich producentów pe³ni zdolnoœæ pigmentów do ³anie cytokin, powoduje apoptozê komórek linii HL60, ochrony komórek przed dzia³aniem uk³adu odporno- za co odpowiedzialna jest aktywacja receptora 1 dla œciowego gospodarza, co jest zwi¹zane ze zmniejsze- czynnika martwicy nowotworów, TNF (tumor necro- niem stê¿enia reaktywnych form tlenu w komórkach sis factor) odpowiedzialnego za transdukcjê sygna³u. ¿ernych. Z kolei bakteryjne chlorofile i bakteriochlo- [13, 27]. Barwnik ten ma tak¿e dzia³anie antybiotycz- rofile pe³ni¹ kluczow¹ rolê w procesie fotosyntezy. ne i jest szczególnie efektywny w eliminacji pierwot- Barwniki maj¹ tak¿e znaczenie w pozyskiwaniu ¿ela- niaka Leishmania amazoniensis, czynnika etiologiczne- za, np. piomelanina u L. monocytogenes lub w ochro- go ró¿nego rodzaju leiszmanioz: trzewnych, skórnych nie przed szkodliwym dzia³aniem promieniowania, i skórno-œluzówkowych [30]. Istniej¹ równie¿ donie- np. melanina u V. cholerae. Ostatnio prowadzone s¹ sienia o antybiotycznym dzia³aniu piocyjaniny. Barw- intensywne badania maj¹ce na celu opracowanie terapii nik ten wykazuje dzia³anie bakteriobójcze, szczególnie antybakteryjnych opartych na zahamowaniu produkcji silnie eliminuje tlenowe bakterie Gram-dodatnie. Bak- i/lub aktywnoœci pigmentów. Z drugiej strony bada siê terie Gram-ujemne, a zw³aszcza beztlenowce s¹ elimi- mo¿liwoœæ wykorzystania pigmentów w przemyœle, nowane znacznie s³abiej [4]. Z kolei doœæ wiele pozy- g³ównie spo¿ywczym i kosmetycznym, oraz w medycy- cji literaturowych dotyczy mo¿liwoœci zastosowania nie, np. w terapiach antynowotworowych, co dotyczy melaniny w kosmetologii, a zw³aszcza w medycynie. wiolaceiny C. violaceum i prodigiozyny S. marcescens. Syntetyczna melanina hamuje dzia³anie prozapalnych cytokin, TNF, interleukiny (IL)-1$, IL-6 i IL-10 [38]. ¯adna z tych prac nie opisuje jednak dzia³ania barw- Piœmiennictwo ników syntetyzowanych przez bakterie. Na zakoñczenie wykazu zastosowañ pigmentów 1. Allaker R.P., Douglas C.W.: Novel anti-microbial therapies w medycynie i przemyœle nale¿y wspomnieæ o rosn¹- for dental plaque-related diseases. Int. J. Antimicrob. Agents, cym zainteresowaniu astaksantyn¹, pomarañczowym 33, 8–13 (2009) barwnikiem syntetyzowanym przez roœliny i mikro- 2. Allen L.: Pyocyanin production by Pseudomonas aeruginosa induces neutrophil apoptosis and impairs neutrophil-mediated organizmy, w tym przez gatunki z rodzaju Paracoccus, host defenses in vivo. J. Immunol. 174, 3643–3649 (2005) w³¹czaj¹c szczep P. marcusii OS22 (klasa Alphaproteo- 3. Balibar C.J., Walsh C.T.: In vitro biosynthesis of violacein bacteria, rodzina Rhodobacteriaceae), który zosta³ wy- from L-tryptophan by the enzymes VioA-E from Chromo- izolowany z nieczynnej kopalni z³ota w Z³otym Stoku bacterium violaceum. Bichemistry, 45, 15444–15457 (2006) [10]. Za syntezê astaksantyny odpowiedzialne s¹ geny 4. Baron S., Rowe J.J.: Antibiotic action of pyocyanin. Anti- crt odnajdywane w wielu gatunkach Paracoccus, choæ microbial Agents Chemother. 20, 814–830 (1981) sugerowana jest mo¿liwoœæ zaanga¿owania równie¿ 5. Bojarski J.: Chemia organiczna. 4 wydanie, Wyd. Uniw. Jagiellon., Kraków, 1999 innych genów w produkcjê tego barwnika [36]. Asta- 6. Chatfield C.H., Cianciotto N.P.: The secreted pyomelanin ksantyna jest stosowna jako sk³adnik leków i prepara- pigment of Legionella pneumophila confers ferric reductase tów wzmacniaj¹cych. Dziêki zdolnoœci do nadawania activity. Infect Immun. 75, 4062–4070 (2007) intensywnego, pomarañczowego zabarwienia produk- 7. Clauditz A., Resh A., Wieland K.-P., Peschel A., Götz F.: tom pochodzenia zwierzêcego wykorzystywana jest Staphyloxantin plays a role in the fitness of Staphylococcus w przemyœle spo¿ywczym jako barwnik ¿ywnoœci, aureus and its ability to cope with oxidative stress. Infect. z kolei dziêki aktywnoœci przeciw utleniaj¹cej – jako Immun. 74, 4950–4953 (2006) 8. Coyne V.E., Al-Harthi L.: Induction of melanin biosynthesis jej konserwant [21, 22]. Obecnie prowadzone s¹ inten- in Vibrio cholerae. Appl. Environ. Microbiol. 58, 2861–2865 sywne badania maj¹ce na celu skonstruowanie gene- (1992) tycznie modyfikowanych mikroorganizmów zdolnych 9. Das A., Yoon S.H., Lee S.H., Kim J.Y., Oh D.K., Kim S.W.: do wydajnej i kontrolowanej produkcji tego pigmentu. An update on microbial carotenoid production: application RÓ¯NORODNE FUNKCJE WYBRANYCH PIGMENTÓW BAKTERYJNYCH 113

of recent metabolic engineering tools. Appl. Microbiol. Bio- 27. Kodach L.L., Bos C.L., Durán N., Peppelenbosch M.P., tech. 77, 505–512 (2007) Ferreira C.V., Hardwick J.C.: Violacein synergistically 10. Drewniak L., Styczek A., Majder-Lopatka M., Sklodow- increases 5-fluorouracil cytotoxity, induces apoptosis and ska A.: Bacteria, hypertolerant to arsenic in the rocks of an inhibits Akt-mediated signal transduction in human colorectal ancient gold mine, and their potential role in dissemination cancer cells. Carcinogenesis, 27, 508–516 (2006) of arsenic pollution. Environ. Pollut. 156, 1069–1074 (2008) 28. Konzen M., De Marco D., Cordova C.A., Vieira T.O., 11. Duran N., Menck C.F.: Chromobacterium violacem: a review Antônio R.V., Creczynski-Pasa T.B.: Antioxidant properties of pharmacological and industrial properties. Crit. Rev. of violacein: possible relation on its biological function. Microbiol. 27, 201–222 (2001) Bioorg. Med. Chem. 14, 8307–8313 (2006) 12. El-Agamey A., Lowe G.M., McGarvey D.J., Mortensen A., 29. Lau G.W., Ran H., Kong F., Hasset D.J., Mavrodi D.: Pseudo- Phillip P.M., Triscott T.G., Young A.J.: Carotenoid radical monas aeruginosa pyocyanin is critical for lung infection in chemistry and antioxidant/pro-oxidant properties. Arch. Bio- mice. Infect. Immun. 72, 4275–4278 (2004) chem. Biophys. 430, 37–48 (2004) 30. Leon L.L., Miranda C.C., De Souza A.O., Durán N.: Anti- 13. Ferreira C.V., Bos C.L., Versteeg H.H., Justo G.Z., Durán N., leishmanial activity of the violacein extracted from Chromo- Peppelenbosh M.P.: Molecular mechanism of violacein- bacterium violaceum. J. Antimicrob. Chemother. 48, 449–450 mediated human leukemia cell death. Blood, 104, 1459–1464 (2001) (2004) 31. Liu G.Y., Doran K.S., Lawrence T., Turkson N., Pulti M., 14. Gomez Maqueo Ch.A., Bryant D.A.: Chlorophyll biosyn- Tissi L. Nizet V.: Sword and shield: linked group B strepto- thesis in bacteria: The origins of structural and functional coccal beta hemolysin/cytolysin and carotenoid pigment diversity. Annual Rev. Microbiol. 61, 113–129 (2007) function to subvert host phagocyte defense. Proc. Natl. Acad. 15. Gonzalez O., Gronan S., Pfeiffer F., Mendoza E., Zimmer R., Sci. USA, 101, 14491–14496 (2004) Oesterhett D.: Systems analysis of bioenergetics and growth 32. Liu G.Y., Essex A., Buchanan J.T., Datta V., Hoffman H.M., of the extreme halophile Halobacterium salinarum. PloS Bastian J.F., Fierer J., Nizet V.: Staphylococcus aureus Comput. Biol. 5(4): e1000332 (2009) golden pigment impairs neutrophil killing and promotes 16. Götz F., Bannerman T., Schleifer K.-H.: The genera Staphy- virulence through its antioxidant activity. J. Exp. Med. 202, lococcus and Micrococcus (w) The Prokaryotes, tom 4, 3. 209–215 (2005) wydanie., red. M. Dworkin, S. Falkow, E. Rosenberg, 33. Liu C.-I., Liu G.Y., Song Y., Yin F., Hensler M.E., Jeng W.-Y., K.H. Schleifer, E. Stackebrandt, Springer Science + Media Nizet W., Wang A. H., Oldfield E.: A cholesterol biosynthesis LLC, New York, NY, USA, 2006, s. 704 inhibitor blocks Staphylococcus aureus virulence. Science, 17. Greenblatt C.L., Davis A., Clement B.G., Kitts C.L., Cox T., 319, 1391–1394 (2008) Cano R.J.: Diversity of microorganisms isolated from amber. 34. Liu G. Y., Nizet V.: Color me bad: microbial pigments as Microbiol. Ecol. 38, 58–68 (1999) virulence factors. Trends Microbiol. 17, 406–413 (2009) 18. Han S.B., Park S.H., Jeon Y.K., Kim Y.K., Kim H.M., 35. £uszczewski A., Matyska-Piekarska E., Trefler J., Wawer I., Yang K.H.: Prodigiosin blocks T cell activation by inhibi- £¹cki J., Œliwiñska-Stañczyk P.: Reaktywne formy tlenu ting interleukin-2Ralpha expression and delays progression of – znaczenie w fizjologii i stanach patologii organizmu. autoimmune diabetes and collage-induced arthritis. J. Phar- Reumatologia, 45, 284–289 (2007) macol. Exp. Ther. 299, 415–425 (2001) 36. Mizawa N., Satomi Y., Kondo K., Yokoyama A., Kaijwara S., 19. Hauska G., Schoedl T., Remigy H., Tsiotis G.: 2001 The Saito T., Ohtani T., Miki W.: Structure and functional analysis reaction center of green sulfur bacteria. Bioch. Biophysic. of marine bacterial carotenoid boisynthesis gene cluster and Acta, 1–3, 260–77 (2001) astaxanthin biosynthesis pathway proposed at the gene level. 20. Heinnickel M., Golbeck J.H.: Heliobacterial photosynthesis. J. Bacteriol. 177, 6575–6584 (1995) Photosynthesis Res. 1, 35–53 (2007) 37. Mohagheghpour N., Waleh N., Garner S.J., Dousman L., 21. Higuera-Ciapara I., Félix-Valenzuela L., Goyoodea F.M., Grill L.K., Tusé D.: Synthetic melanin suppresses production 2006. Astaxanthin: a review of its chemistry and applica- of proinflamatory cytokines. Cell Immunol. 199, 25–36 (2000) tions. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 46, 185–196 (2007) 38. Nosanchuk J.D., Casadevall A.: The contribution of melanin 22. Hussein G., Sankawa U., Goto H., Matsumoto K., Wata- to microbial pathogenesis. Cell Microbiol. 5, 203–223 (2003) nabe H.: Astaxanthin, a carotenoid with potential human 39. Nosanchuk J.D., Casadevall A.: Impact of melanin on micro- health and nutrition. J. Nat. Prod. 69, 443–449 (2006) bial virulence and clinical resistance to antimicrobial com- 23. Ishikita H., Saenger W., Biesiadka J., Loll B., Knapp E.W.: pounds. Antimicrob. Agents Chemother. 50, 3519–3528 (2006) How photosynthetic reaction centers control oxidation power 40. Nosanchuk J.D., Ovalle R., Casadevall A.: Glyphosate in- in chlorophyll pairs P680, P700, and P870. Proc. Nat. Acad. hibits melatonization of Cryptococcus neoformans and pro- Sci .USA, 26, 9855–60 (2006) longs survival of mice after systemic infection. J. Infect. Dis. 24. Jankiewicz U.: Charakterystyka I znaczenie piowerdyn bak- 183, 1093–1099 (2001) terii z rodzaju Pseudomonas. Post. Mikrobiol. 48, 243–254 41. O’Malley Y.Q., Reszka K.J., Rasmussen G.T., Abdalla M.Y., (2009) Denning G.M., Britgan B.E.: The Pseudomonas secretory 25. Kanthakumar K., Taylor G., Tsang K.W., Cudell D.R., Rut- product pyocyanin inhibits catalase activity in human lung man A., Smith S., Jeffery P.K., Cole P.J., Wilson R.: Mecha- epithelial cells. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 285, nism of action of Pseudomonas aeruginosa pyocyanin on hu- L1077–1086 (2003) man cliary beat in vitro. Infect. Immun. 61, 2848–2853 (1993) 42. O’Malley Y.Q., Reszka K.J., Spitz. D.R., Denning G.M., 26. Keith K.E., Killip L., He P., Moran G.R., Valvano M.A.: Britgam B.E.: Pseudomonas aeruginosa pyocyanin directly Burkholderia cenocepacia C5424 produces a pigment with oxidizes glutathione and decreases its level in airway epi- antioxidant properties using a homogentisate intermediate. thelial cells. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 287, J. Bacteriol. 189, 9057–9065 (2007) L94–103 (2004) 114 KRYSTYNA I. WOLSKA, ANNA M. GRUDNIAK, ANNA KRACZKIEWICZ-DOWJAT, ANNA KUREK

43. Paolo Jr.W.F., Dadachova E., Mandal P., Casadevall A., 52. Smalley J.W., Silver J., Marsh P.J., Briss A.J.: The periodon- Szaniszlo P.J., Nosanchuk J.D.: Effect of disrupting the topathogen Porphyromonas gingivalis binds iron prptopor- polyketide gene WdPKSI in Wangiella [Exophiala] dermati- phyrin IX in the mu-oxo dimeric form: an oxidative buffer tidis on melanin production and resistance to killing by anti- and possible pathogenic mechanism. Biochem. J. 331 (Pt 3), fungal compounds, enzymatic degradation, and extremes 681–685 (1998) temperature. BMC Microbiology. http://www. biomedcentral. 53. Spellerberg B., Martini B., Brand C., Lütticken R.: The cyl com/1471-2180-6-55 (2006) genus of Streptococcus agalactiae are involved in the pro- 44. Parsek M.R., Singh P.K.: Bacterial biofilms. An emerging duction of pigment. FEMS Microbiol. Lett. 188, 125–128 link to disease pathogenesis. Annu. Rev. Microbiol. 57, (2000) 677–701 (2003) 54. Stoeckenius W.: The rhodopsin-like pigments of halobac- 45. Patel K., Wyman J., Patel K., Burden B.: A mutant of Bacil- teria: light-energy and signal transduction in an archaebac- lus thuringiensis producing a dark-brown pigment with terium. Trends Biochem. Sci. 10: 483–486 (1985) increased UV resistance and insecticidal activity. J. Invertebr. 55. Tian B., Sun Z., Shen S., Wang H., Jiao J., Wang L., Hu Y., Pathol. 67, 120–124 (1996) Hua Y.: Effects of carotenoids from Deinococcus radio- 46. Pelz A., Wieland K.P., Putzbach K., Hentschel P., Albert K., durans on protein oxidation. Lett. Appl. Microbiol. 49, Götz F.: Structure and biosynthesis of staphyloxantin from 689–694 (2009) Staphylococcus aureus. J. Biol. Chem. 280, 32493–32498 56. Tracewell C.A., Vrettos J.S., Bautista J.A., Frank H.A. and (2005) Brudving G.W.: Carotenoid photooxidation in photosystem 47. Perez-Tomas R., Montaner B., Llagostera E., Soto-Cerrato V.: II. Archives Biochem. Biophys. 1, 61–69 (2001) The prodigiosins, proapoptotic drugs with anticancer proper- 57. Ueda T., Ideguchi T., Kaino N., Kakuno T., Yamashita J., ties. Biochem. Pharmacol. 66, 1447–1452 (2003) Horio T.: Molecular organization of photochemical reaction 48. Pierson B.K., Thornber J.P.: Isolation and spectral characteri- complex in chromatophore membrane from Rhodospirillum zation of photochemical reaction centers from the thermo-phi- rubrum as detected by immunochemical and proteolytic ana- lic green bacterium Chloroflexus aurantiacus strain J-10-f1. lyses. J. Biochem. 4, 755–65 (1987) Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 80, 80–84 (1983) 58. Valeru S.P. Rompikuntal P.K., Ishokawa T., Vaitkevicius K., 49. Rosa-Fraile M., Rodrigez-Granger J., Haidour-Benamin A., Sjoling A., Dolganov N., Zhu J., Schoolnik G., Wai S.N.: Cuevra J.M., Sampedro A.: Granadaene: proposed structure Role of melanin pigment in expression of Vibrio cholerae of the group B Streptococcus polyenic pigment. Appl. Envi- virulence factors. Infect. Immun., 77, 935–942 (2009) ron. Microbiol. 72, 6367–6370 (2006) 59. Wakamatsu K., Ito S.: Advanced chemical methods in me- 50. Silcox V.A., David H.L.: Differential identification of Myco- lanin pigment determination. Pigment Cell Res. 15, 174–183 bacterium kansasii and Mycobacterium marinum. Appl. (2002) Microbiol. 21, 327–334 (1971) 60. Weiner R.M.: Biopolymers from marine prokaryotes. Trends 51. Smalley J.W., Silver J., Briss A.J., Withnall R.: The haem Biotechnol. 15, 390–394 (1997) pigment of the oral anaerobes Prevotella nigrescensis and 61. Yahir T.L., Parsek M.R.: Pseudomonas aeruginosa (w) The Prevotella intermedia is composed of iron(III) proto- Prokaryotes, tom 6, 3. wydanie, red. M. Dworkin, S. Falkow, pororphyrin IX in the monomeric form. Microbiology, 149, E. Rosenberg, K.H., E. Stackebrandt, Springer Science + 1711–1718 (2003) Media LLC, New York, NY, USA, 2006, s. 704 POST. MIKROBIOL., UDZIA£ TOLL-LIKE RECEPTORÓW 2010, 40, 2, 115–118 http://www.pm.microbiology.pl W ZAKA¯ENIACH GRZYBICZYCH

Dorota Plewik1*, Maria Kozio³-Montewka1

Katedra i Zak³ad Mikrobiologii Lekarskiej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie ul. ChodŸki 1, 20-059 Lublin

Wp³ynê³o w marcu 2010 r.

1. Wstêp. 2. Budowa i szlak aktywacji. 3. Funkcja TLR. 4. TLR w zaka¿eniach grzybiczych. 5. Polimorfizm genów TLR. 6. Wnioski Toll-like receptor participation in fungal infections Abstract: Immune system dysfunction is the major risk factor for developing invasive fungal infection. Toll Like Receptors (TLR) are present on cells of the immune system as well as on other cells localized at sites that can potentially be portals of entry for pathogens. TLRs recognize a number of fungal structures and play an important role in the immune response against fungal pathogens. The receptor-ligand binding triggers protein cascade, translocation of NF-6B into the cell nucleus and activation of target genes. Receptors’ activation induces the production of some proinflammatory factors, and the activation of innate and adaptive immune responses. Among the discovered 13 different TLRs, fungal ligands are specifically recognized by TLR2, 4 and 9. Scientific research of the recent years confirm the relationship between TLR gene polymorphism in humans and susceptibility to invasive fungal infections. 1. Introduction. 2. Structure and activation pathway. 3. Function of TLRs. 4. TLR in fungal infections. 5. Polymorphisms in TLR genes. 6. Conclusions

S³owa kluczowe: grzyby, polimorfizm genów, receptory Toll-like Key words: fungus, genes polymorphism, Toll-like receptors

1. Wstêp mozoina s¹ rozpoznawane przez TLR9. Poszczególne receptory mog¹ siê ³¹czyæ i w postaci heterodimerów Receptory Toll-like (TLR) po raz pierwszy wykryto rozpoznawaæ inne ligandy, np. zymosan jest wi¹zany u muszki owocowej (Drosophila melanogaster), ko- tylko przez po³¹czone receptory TLR2 i TLR6. TLR lejne badania wykaza³y, ¿e bardzo podobne receptory wystêpuj¹ na powierzchni komórek uk³adu odpor- wystêpuj¹ u ssaków, tej zbie¿noœci budowy zawdziê- noœciowego monocytach/makrofagach, komórkach czaj¹ swoj¹ nazwê. Wystêpowanie tego mechanizmu tucznych, limfocytach B, limfocytach T, komórkach immunologicznego u tak odleg³ych ewolucyjnie orga- dendrytycznych, komórkach nab³onkowych skóry, nizmów œwiadczy o jego skutecznoœci w obronie przed przewodu pokarmowego, uk³adu oddechowego, narz¹- inwazj¹ drobnoustrojów. Receptory Toll-like nale¿¹ do dów moczowo-p³ciowych, adypocytach, komórkach grupy receptorów PRR (pattern recognition receptors) œródb³onka, kardiomiocytach i fibroblastach [10, 17, nazywanych receptorami rozpoznaj¹cymi wzorce. Li- 18]. Znane s¹ równie¿ receptory Toll-like funkcjo- gandami dla nich s¹ cz¹steczki PAMP (pathogen asso- nuj¹ce wewn¹trzkomórkowo, przyk³adem s¹ TLR9 ciated molecular patterns) – wzorce molekularne zwi¹- obecny w fagolizosomach. Aktywuj¹ je ligandy uwol- zane z patogenami. S¹ to substancje niezbêdne do nione podczas fagocytozy [10]. prze¿ycia i charakterystyczne dla ca³ych grup drobno- ustrojów [2]. U ludzi znane jest 13 ró¿nych receptorów TLR oznaczonych kolejnymi numerami od 1 do 13. 2. Budowa i szlak aktywacji Ligandem dla TLR1 s¹ bakteryjne tri-acyl lipopeptydy, dla TLR2 peptydoglikan, lipopeptydy, kwas lipotej- Czêœæ zewn¹trzkomórkowa TLR zawiera domeny chojowy, poryny, nietypowy lipopolisacharyd, fospo- bogate w leucynê, natomiast wewn¹trzkomórkowa lipomannan, dla TLR3 dwuniciowe RNA, dla TLR4 domenê TIR (Toll/IL-1R), która wykazuje znaczn¹ ho- lipopolisacharyd, mannany, bia³ka otoczek wirusów, mologiê z receptorem typu 1 interleukiny 1. Struktura HSP 60 i HSP 70, a dla TLR5 – flagellina. Natomiast ta powszechnie wystêpuje w komórkach roœlin i zwie- dla TLR6 ligandami s¹ diacetylowane lipopeptydy rz¹t; bia³ka posiadaj¹ce domenê TIR to, poza recepto- i kwas tejchojowy. Receptory TLR7 i TLR8 wi¹¿¹ rami TLR i receptorami dla IL-1, miêdzy innymi bia³- ssRNA, zaœ niemetylowane oligonukleotydy CpG i he- ka indukuj¹ce ekspresjê antybiotyków peptydowych

* Autor korespondencyjny: Katedra i Zak³ad Mikrobiologii Lekarskiej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie, ul. ChodŸki 1, 20-059 Lublin; tel/fax (81) 74223781 lub tel 509228295; e-mail: [email protected] 116 PLEWIK DOROTA, KOZIO£-MONTEWKA MARIA

u lnu, tytoniu i muszek owocowych. Zwi¹zanie ligan- równie¿ komórk¹ prezentuj¹c¹ antygeny. Aktywacja du z receptorem TLR uruchamia wewn¹trz komórki komórek dendrytycznych prowadzi do zapocz¹tkowa- kaskadê bia³ek, nastêpnie przy³¹czanie i aktywacja ko- nia swoistej odpowiedzi immunologicznej [13, 21] lejnych elementów szlaku. Sygna³ z aktywowanego Wyj¹tkowo obficie receptory TLR wystêpuj¹ na po- TLR jest przekazywany przez kompleksy bia³kowe. wierzchni komórek tucznych. Wydaje siê, ¿e g³ówn¹ Pierwszy kompleks zawieraj¹cy aktywowany TLR, rol¹ tych komórek jest wzmocnienie pocz¹tkowych moleku³ê ³¹cz¹c¹ MyD88 (myeloid differentiation pri- sygna³ów o inwazji drobnoustrojów. Temu zadaniu mary response) i kinazê IRAK (kinaza zwi¹zana z re- sprzyja umiejscowienie ich w rejonach organizmu mo- ceptorem interleukiny), gromadzi siê wokó³ receptora g¹cych stanowiæ wrota zaka¿enia: w pobli¿u naczyñ w odpowiedzi na sygna³. Ten kompleks aktywuje ko- krwionoœnych, skórze, b³onie œluzowej dróg oddecho- lejny kompleks, nastêpuje fosforylacja, ubikwitynacja wych i przewodu pokarmowego, narz¹dów moczowo- i degradacja bia³ka inhibitorowego I6B. Uwolniony p³ciowych. Na powierzchni komórek tucznych obec- NF-6B przemieszcza siê do j¹dra komórkowego i ak- ne s¹ TLR2, 4, 6 i 8. Po aktywacji wywo³anej tywuje docelowe geny. Koduj¹ one cytokiny prozapal- zwi¹zaniem ligandu z receptorami TLR mastocyty wy- ne, chemokiny, receptory immunologiczne, cz¹steczki dzielaj¹ szereg mediatorów prozapalnych, co powo- adhezyjne zwi¹zane z powierzchni¹ komórki. Media- duje zwiêkszenie przepuszczalnoœci naczyñ krwio- tory zapalne pobudzaj¹ drugi szlak sygna³owy, który noœnych, nap³yw przeciwcia³, sk³adników dope³niacza zwrotnie aktywuje NF-6B [1, 15]. i komórek uk³adu immunologicznego oraz ich akty- wacjê. Dodatkowo komórki tuczne maj¹ zdolnoœæ pre- zentowania antygenów [12]. 3. Funkcja TLR

Receptory TLR znajduj¹ siê miêdzy innymi na po- 4. TLR w zaka¿eniach grzybiczych wierzchni komórek nab³onkowych dróg oddechowych i jelit oraz komórkach œródb³onka, dziêki takiej lokali- Wszelkie stany chorobowe oraz procedury diag- zacji drobnoustroje mog¹ byæ rozpoznawane ju¿ we nostyczne i lecznicze prowadz¹ce do zachwiania rów- wrotach zaka¿enia. Aktywowane komórki nab³onka nowagi immunologicznej pacjenta predysponuj¹ do wydzielaj¹ cytokiny, chemokiny i defensyny, dziêki wystêpowania grzybic. Rozwój chirurgii w tym trans- czemu ju¿ na tym etapie zaka¿enie mo¿e zostaæ po- plantologii, procedur leczenia nowotworów prowa- wstrzymane. Jeœli komórki nab³onka nie powstrzyma- dz¹cych do g³êbokiej immunosupresji pacjenta oraz j¹ inwazji drobnoustrojów, walkê z nimi podejmuj¹ powszechne stosowanie antybiotyków, szczególnie komórki uk³adu odpornoœciowego [10] o szerokim spektrum dzia³ania, spowodowa³ wzrost Czynniki wydzielane przez komórki nab³onka przy- liczby zachorowañ na grzybice [8]. Receptory TLR2, ci¹gaj¹ i wstêpnie aktywuj¹ leukocyty. Monocyty/ma- TLR4 oraz TLR9 odgrywaj¹ istotn¹ rolê w rozpo- krofagi posiadaj¹ wszystkie znane receptory TLR poza znawaniu zaka¿eñ grzybiczych. Choæ nie s¹ dok³ad- TLR3. Zwi¹zanie przez receptor Toll-like struktury nie okreœlone elementy komórki grzybów stanowi¹ce drobnoustroju bêd¹cej ligandem, prowadzi do aktywa- ligandy dla TLR, receptory te samodzielnie oraz w po- cji komórki. Rozpoczynaj¹ one wytwarzanie cytokin ³¹czeniu z receptorami lektynowymi bior¹ udzia³ prozapalnych: IL-1, IL-6, IL-8, IL-12, TNF, zwiêksza w odpowiedzi na zaka¿enia Candida sp., Aspergillus sp. siê zdolnoœæ komórek do fagocytozy, wytwarzania re- oraz Cryptococcus neoformans, Pneumocystis jiroveci, aktywnych form tlenu, wydzielania NO i prezentacji Coccidioides posadasii, Paracoccidides brasilienis antygenów limfocytom T [17]. [4, 7, 14, 16, 22]. Ekspresja receptorów TLR w komórkach dendry- Interakcja Candida albicans z receptorami gospo- tycznych jest zale¿na od populacji i dojrza³oœci ko- darza jest kluczowym czynnikiem w patogenezie can- mórek. Szpikowe komórki dendrytyczne kr¹¿¹ce we didemii. Rozpoznanie ró¿nych morfologicznie form krwi posiadaj¹ TLR1, 2, 4, 5 i 8, natomiast w populacji C. albicans przez TLR i inne receptory znajduj¹ce siê plazmatycznych komórek dendrytycznych obecne s¹ na powierzchni monocytów, makrofagów i komórek wy³¹cznie TLR7 i TLR8. Ekspresja TLR1, 2, 4 i 5 wy- dendrytycznych decyduje o polaryzacji odpowiedzi stêpuje na niedojrza³ych komórkach, spada natomiast immunologicznej i zachowaniu równowagi w pro- w komórkach dojrza³ych. Przeciwnie TLR3 jest obec- dukcji prozapalnych i przeciwzapalnych cytokin [9]. ny tylko w komórkach dojrza³ych. Po³¹czenie ligandu Pobudzenie TLR4 wzmacnia produkcjê chemokin z receptorem Toll-like powoduje natychmiastow¹ akty- i aktywuje neutrofile, TLR2 pobudza proliferacjê wacjê i dojrzewanie komórki dendrytycznej. Przecho- komórek T regulatorowych, co hamuje rozwój stanu dzi ona z tkanek do wêz³a ch³onnego, rozpoczyna wy- zapalnego, natomiast aktywacja TLR9 prowadzi do twarzanie TNF, IL-12, IL-18 i innych cytokin, staje siê wytwarzania cytokin [20]. UDZIA£ TOLL-LIKE RECEPTORÓW W ZAKA¯ENIACH GRZYBICZYCH 117

W rozpoznawaniu zaka¿eñ wywo³anych przez grzy- u biorcy zwi¹zane jest z wzrostem ryzyka wyst¹pienia by z rodzaju Aspergillus bior¹ udzia³ g³ównie receptory inwazyjnej aspergilozy po przeszczepie. TLR2, TLR4 i TLR9, nadal nie s¹ dok³adnie okreœlone Zale¿noœæ miêdzy polimorfizmem genu TLR4 struktury PAMP (pathogen associated molecular pat- u dawców komórek krwiotwórczych i wystêpowaniem terns – cz¹steczki – wzorce molekularne zwi¹zane inwazyjnej aspergilozy u biorców przeszczepów wyka- z patogenami) rozpoznawane przez receptory. Z badañ zali w swoich badaniach B ochud i wsp. [3]. Obec- przeprowadzonych na zwierzêtach wynika, ¿e zmiana noœæ haplotypu S4 TLR4 u dawcy przeszczepu ko- postaci morfologicznej grzyba z konidiów na strzêpki mórek krwiotwórczych zwiêksza ryzyko wyst¹pienia powodujê modulacjê odpowiedzi immunologicznej inwazyjnej aspergilozy u niespokrewnionego biorcy. gospodarza. Receptory TLR4, znajduj¹ce siê na po- Zale¿noœæ taka nie wystêpujê w przypadku przeszcze- wierzchni monocytów, rozpoznaj¹ konidia Aspergillus pów od spokrewnionych dawców, nie jest znana przy- fumigatus i aktywuj¹ odpowiedŸ zapaln¹. Jednak kie³- czyna tego zjawiska, mo¿liwe ¿e jest to zwi¹zane kowanie grzybów i tworzenie strzêpek powoduje, ¿e z g³êbsz¹ immunosupresj¹ pacjentów, u których prze- TLR4 nie przekazuje sygna³u pobudzaj¹cego uk³ad prowadza siê przeszczep od niespokrewnionego daw- immunologiczny, natomiast TLR2 aktywuje wydzie- cy. Haplotyp S4 TLR4 u biorcy przeszczepu nie zwiêk- lanie cytokin przeciwzapalnych, co mo¿e byæ mecha- sza³ ryzyka wyst¹pienia inwazyjnej aspergilozy po nizmem chroni¹cym grzyby Aspergillus sp. przed od- przeszczepie. powiedzi¹ immunologiczn¹ gospodarza [14]. Natomiast C a r v a l h o i wsp. [5] przeprowadzili badania nad zale¿noœci¹ pomiedzy polimorfizmem ge- nów TLR, a czêstoœci¹ wystêpowania ró¿nych form 5. Polimorfizm genów TLR nieinwazyjnej aspergilozy p³uc. U pacjentów z prze- wlek³¹ jamist¹ aspergiloz¹ p³uc zaobserwowana czês- Chantal i wsp. [6] przeprowadzili badania tsze wystêpowanie allelu G na Asp229Gly (TLR4) ni¿ w których oceniali zale¿noœæ miêdzy polimorfizmem w grupie kontrolnej. Natomiast wzrost czêstoœci zacho- genów TLR4 a wystêpowaniem zaka¿eñ krwi u ludzi rowañ na alergiczn¹ oskrzelowop³ucn¹ aspergilozê by³ wywo³anych przez Candida. U pacjentów z poli- zwi¹zany z obecnoœci¹ allelu C na T-1237C (TLR9). morfizmem TLR4 Asp299Gly zaobserwowano wy¿sz¹ Nie zaobserwowano statystycznie istotnej zale¿noœci podatnoœæ na candidemie. Jednoczeœnie komórki pomiêdzy polimorfizmem w obrêbie genów TLR2, jednoj¹drzaste krwi, pochodz¹ce od pacjentów z tym TLR4 i TLR9, a czêstoœci¹ wystêpowania ciê¿kiej ast- rodzajem polimorfizmu, po stymulacji antygenami my z uczuleniem na grzyby [5]. Candida wytwarza³y wiêcej IL-10. Wyniki badañ su- geruj¹, ¿e wy¿sza zachorowalnoœæ na zaka¿enia krwi wywo³ane przez Candida, u pacjentów z polimorfiz- 6. Wnioski mem TLR4, zwi¹zana jest ze zwiêkszon¹ produkcj¹ przeciwzapalnej IL-10, hamuj¹cej odpowiedŸ immu- Receptory Toll-like bior¹ udzia³ w odpowiedzi im- nologiczn¹ skierowan¹ przeciw grzybom. Nie za- munologicznej na zaka¿enia wywo³ane przez wiele obserwowano natomiast zale¿noœci pomiêdzy poli- grzybów chorobotwórczych dla cz³owieka. Okreœlenie morfizmu TLR4 Asp299Gly lub TLR2 Arg677Trp roli poszczególnych TLR wymaga dalszych badañ za- a wystêpowaniem u pacjentów przewlek³ej candidemi równo na modelach zwierzêcych, jak i oceny polimor- œluzówek i skóry [19]. fizmu genów koduj¹cych poszczególne bia³ka bior¹ce Ze wzglêdu na zwiêkszaj¹c¹ siê liczbê pacjentów udzia³ w szlaku przekazywaniu sygna³ów przez TLR z zaburzeniami odpornoœci narasta problem oportunis- u ludzi. Zrozumienie interakcji miêdzy grzybami tycznych zaka¿eñ wywo³anych przez grzyby z rodzaju a uk³adem immunologicznym, w tym receptorami Toll- Aspergillus. Na inwazyjne zaka¿enia grzybicze (IZG) like, mo¿e w przysz³oœci zaowocowaæ opracowaniem wywo³ane przez grzyby z rodzaju Aspergillus sp. nowych strategii leczenia i leków przeciwgrzybiczych. szczególnie nara¿eni s¹ pacjenci leczeni z powodu schorzeñ onkohematologicznych, takich jak bia³aczki i ch³oniaki oraz poddawani procedurze przeszczepie- Piœmiennictwo nia komórek macierzystych. Badania przeprowadzone przez K e s h i wsp. [11] wykaza³y zale¿noœæ miê- 1. Anderson K.: Toll signaling pathways in the innate immune dzy czêstoœci¹ wystêpowania inwazyjnej aspergilozy, response. Current Opinion in Immunology, 12, 13–19 (2000) u pacjentów po przeszczepach komórek macierzystych, 2. Belvin M., Anderson K.: A Conserved Signaling Pathway: The Drosophila Toll-Dorsal Pathway. Annu. Rev. Cell Dev. a polimorfizmem genów TLR. Obecnoœæ polimorfizmu Biol. 12, 393–416 (1996) Arg80Thr (TLR1) lub wystêpowanie jednoczeœnie 3. Bochud P., Chien J., Marr K., Leisenring W., Upton A., polimorfizmu Asn248Ser (TLR1) i Ser249Pro (TLR6) Janer M., Rodrigues S., Li S., Hansen J., Zhao L., Aderem A., 118 PLEWIK DOROTA, KOZIO£-MONTEWKA MARIA

Boeckh M. Toll-like Receptor 4 Polimorphisms and Asper- Ruco LP., Allavena P., Mantovani A.: Differential expres- gilosis in Stem-Cell Transplation. N. Engl. J. Med. 23, sion and regulation of toll-like receptors (TLR) in human 1766–1777 (2008) leukocytes: selective expression of TLR3 in dendritic cells. 4. Calich V., Pina A., Felonato M., Bernardino S., Costa S., J. Immunol. 164, 5998–6004 (2000) Loures F. Toll-like receptors and fungal infections: the role 14. Netea M., Van der Meer J., Kullberg B.: Recognition of fun- of TLR2, TLR4 and MyD88 in paracoccidiodomycosis. gal pathogens by Toll-like receptors. Immunology of Fungal FEMS Immunol. Med. Microbiol. 53, 1–7 (2008) Infections. red. Brown G., Netea M., Springer, Dordrecht 5. Carvalho A., Pasqualotto A., Pitzurra L., Romani L., Den- 2007 s. 259–272 ning D., Rodrigues F. Polimorphisms in Toll-Like Receptor 15. Li X., Stark G.: NFêB-dependent signaling pathways. Exp. and Susceptibility to Pulmonary Aspergillosis. J. Inf. Dis. 197, Hematol. 30, 285–296 (2002) 618–621 (2008) 16. Shoham S., Huang C., Chen J., Golenbock D., Levitz S.: Toll- 6. Chantal A., Van der Graaf, Natea M., Morre S., Heijer M., Like Receptor 4 Mediates Intracellular Signaling Without Verweij P., Van der Meer J., Kullberg B. Toll-like receptor 4 TNF-" Release in Response to Cryptococcus neoformans AspGly/Thr399Ile polimorphisms are risc factor for Candida Polysaccharide Capsule. J. Immunol. 166, 4620–4626 (2001) bloodstream infection. Eur. Cytokine Netw. 17, 29–34 (2006) 17. Tekada K., Kaisho T., Akira S.: Toll-like receptors. Annu. 7. Ding K., Shibui A., Wang Y., takamoto M., Matsuguchi T., Rev. Immunol. 21, 335–76 (2003) Sugane K.: Imparied recognition by Toll-like receptor 4 re- 18. Uematsu S., Akira S.: Toll-like receptors and innate immu- sponsible for exacerbated murine Pneumocystis pneumonia. nity. J. Mol. Med. 84, 712–725 (2006) Microbes and Infection, 7, 195–203 (2005) 19. Van der Graaf C.A., Netea M.G., Drenth I.P., te Morsche R.H., 8. Dzier¿anowska D.: Zaka¿enia szpitalne. Alfa-Medica Press van der Meer JW, Kullberg BJ. Candida-specific interferon- Bielsko-Bia³a 2008, s. 409 gamma deficiency and toll-like receptor polymorphisms 9. Filler S. Candida-host cell receptor-ligand interactions Curr. in patients with chronic mucocutaneous candidiasis. Neth. Opi. Microbiol. 9, 333–339 (2006) J. Med. 61 (11), 365–369 (2003) 10. Go³¹b J., Jakóbsiak M., Lasek., Stok³osa T. (Red.): Immuno- 20. Van de Veerdonk F., Netea M., Jansen T., Jacobs L., Verschue- logia. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2009, s. 80–89 ren I., Van der Meer J., Kullberg B.: Redundant role of TLR9 11. Kesh S., Mensah N., Peterlongo P., Jaffe D., Hsu K., Van den for anti-Candida host defense. Immunobiology, 213, 613–620 Brink M., O’Reilly R., Pamer E., Satagopan J., Papanico- (2008) laou G. TLR1 and TLR6 Polimorphism Are Asociated with 21. Van Kooten C., Fiore N., Trouw L.A., Csomor E., Xu W., Susceptibility to Invasive Aspergillosis after Allogeneic cell Castellano G., Daha M.R., Gelderman K.A.: Complement Transplantation. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1062, 95–103 (2005) production and regulation by dendritic cells: molecular swit- 12. Kirshenbaum AS., Swindle E., Kulka M., Wu Y., Metcalfe ches between tolerance and immunity. Mol. Immunol. 45, DD.: Effect of lipopolysaccharide (LPS) and peptidoglycan 4064–4072 (2008) (PGN) on human mast cell numbers, cytokine production, 22. Viriyakosol S., Fierer J., Brown G., Kirkland T.: Innate and protease composition. BMC Immunol. 7, 9–45(2008) Immunity to the Pathogenic Fungus Coccidides Posadasii Is 13. Muzio M., Bosisio D., Polentarutti N., D’amico G., Stoppac- Dependent on Toll-Like Receptor 2 and Dectin-1. Infect. ciaro A., Mancinelli R., van’t Veer C., Penton-Rol G., Immun. 73, 1553–1560 (2005) POST. MIKROBIOL., MECHANIZMY OPORNOŒCI NA ANTYBIOTYKI 2010, 40, 2, 119–127 http://www.pm.microbiology.pl WYKRYWANE U BAKTERII Z RODZAJU CORYNEBACTERIUM

Alina M. Olender*

Katedra i Zak³ad Mikrobiologii Lekarskiej, Uniwersytet Medyczny w Lublinie

Wp³ynê³o w grudniu 2009 r.

1. Wstêp. 2. Problemy oznaczania opornoœci na antybiotyki i sposobie interpretacji. 3. Mechanizmy opornoœci na antybiotyki i chemioterapeutyki wykrywane u Corynebacterium spp. 3.1. Opornoœæ na antybiotyki beta-laktamowe. 3.2. Opornoœæ na makrolidy, linkozamidy i streptograminy B. 3.3. Opornoœæ na fluorochinolony. 3.4. Opornoœæ na tetracykliny. 3.5. Opornoœæ na glikopeptydy. 3.6. Opornoœæ na chloramfenikol. 3.7. Opornoœæ na aminoglikozydy. 4. Wra¿liwoœæ na antybiotyki gatunków z rodzaju Corynebac- terium najczêœciej izolowanych z zaka¿eñ. 5. Podsumowanie Mechanisms of resistance to antibiotics in the species of the genus Corynebacterium Abstract: In recent years, opportunistic species of the genus Corynebacterium, such as C. jeikeium, C. urealyticum, C. amycolatum, C. striatum and others, are becoming increasingly important to humans. The difficulties in the diagnosis of infections caused by these microorganisms are due to their presence on the skin and mucous membranes, which raises the possibility of contamination of the taken material, so that the real participation of these species in infections is underestimated. An additional problem in the application of effective antibiotic therapy is the lack of uniform rules for the assessment of antibiotic resistance. The possibility of determining the MIC by means of Etests, giving high correlation results with the dilution method and establishing the criteria for the interpretation of Corynebacterium sp., made it possible to standardize the methods for assessment of antibiotics resistance which are used in the treatment of infections produced by coryneform. The description of multidrug-resistant isolates of opportunistic strains of the genus Corynebacterium and genetic studies have highlighted the different mechanisms of resistance and confirmed the presence of respon- sible genes. Among detected mechanisms, the most significant is MLSB resistance to makrolides and linkozamides, streptogramins B (genes ermX, ermA, ermB, msrA, mef), quinolones (gene gyrA mutation), tetracyclines (tetA, tetB) and chloramphenicol (cmx). Moreover, the reports of glycopeptides resistance (van A) detection are extremely worrying. Based on the analysis of the sensitivity of resistant strains to antibiotics, it can be concluded that the most effective in the treatment of infections caused by Corynebacterium sp. are: vancomycin, teicoplanin, linezolid, daptomycin, quinupristin/dalfopristin, since they show the highest performance. 1. Introduction. 2. Problems in the determination of resistance to antibiotics and the way of their interpretation. 3. Mechanisms of resistance to antibiotics found in Corynebacterium. 3.1. Resistance to beta-lactam antibiotics. 3.2. Resistance to macrolides, linkozamides, streptogramins B. 3.3. Resistance to quinolones. 3.4. Resistance to tetracyclines. 3.5. Resistance to glicopeptides. 3.6. Resistance to chloramphenicol. 3.7. Resistance to aminoglicosides. 4. Sensitivity to antibiotics in the species of the genus Corynebacterium most frequently isolated from infections. 5. Summary

S³owa kluczowe: Corynebacterium, coryneform, mechanizmy opornoœci na antybiotyki, geny Key words: Corynebacterium, coryneform, mechanisms of antibiotics resistanse, genes

1. Wstêp Do rodzaju Corynebacterium nale¿¹ równie¿ ga- tunki niezwi¹zane z cz³owiekiem np.: wytwarzaj¹cy Rodzaj Corynebacterium obejmuje gatunki o zró¿- kwas L-glutaminowy i lizynê C. glutamicum, wyko- nicowanym znaczeniu chorobotwórczym. Od typowo rzystywany w procesach biotechnologicznych na skalê patogennego dla ludzi C. diphtheriae [61], którego przemys³ow¹ i badaniach genetycznych [27, 46, 55, lizogenne szczepy wytwarzaj¹ce toksynê s¹ czynni- 59, 63, 66, 68]. kiem etiologicznym b³onicy, czy patogennych dla W ostatnich latach pojawi³y siê liczne publikacje, zwierz¹t C. pseudotuberculosis [4, 13], C. kutscheri których autorzy opisuj¹ przypadki zaka¿eñ wywo³a- [2], C. auriscanis [9] oraz powoduj¹cych zaka¿enia nych przez oportunistyczne Corynebacterium spp. oportunistyczne u ludzi i wchodz¹cych w sk³ad flory Przeprowadzone badania genetyczne izolowanych fizjologicznej C. jeikeium [37, 42], C. urealyticum [20, szczepów doprowadzi³y do wykrycia nowych gatun- 21], C. amycolatum [1, 11, 20], C. striatum [7, 20, ków takich jak: C. singulare [39], C. auriscanis [9], 32, 35, 40], C. pseudodiphtheriticum [8, 16], do nie C. resistens [34], C. imitans [18], C. sputi [67] oraz re- wywo³uj¹cych zaka¿eñ takich jak C. pseudogenita- klasyfikacjê identyfikowanych wczeœniej np.: C. cysti- lium [20] – równie¿ sk³adnika mikroflory. tidis, C. pilosum [49].

* Autor korespondencyjny: Katedra i Zak³ad Mikrobiologii Lekarskiej, Uniwersytet Medyczny w Lublinie, ul. ChodŸki 1, 20-093 Lublin; tel.: 081 742 37 84; e-mail: [email protected] 120 ALINA M. OLENDER

Stwierdzana coraz wiêksza liczba zaka¿eñ i du¿e oœrodkach za pomoc¹ ró¿nych metod i ró¿nych inter- zró¿nicowanie gatunków w obrêbie Corynebacterium pretacji. Z tego powodu wyniki te nie zawsze mog¹ spp. oraz pokrewnych rodzajów np.: Turicella, Arthro- byæ porównywalne, niemniej jednak sta³y siê podsta- bacter, Brevibacteriumi o podobnych cechach morfo- w¹ do informacji o wystêpowaniu wœród Corynebac- logicznych, spowodowa³o piln¹ potrzebê prowadzenia terium spp. szczepów wykazuj¹cych wysok¹ opornoœæ szczegó³owych badañ w zakresie ich identyfikacji na antybiotyki, dla których antybiotykiem z wyboru i taksonomii. W zwi¹zku z tym, tradycyjnie u¿ywana skutecznie dzia³aj¹cym jest wankomycyna. nazwa, tak¿e w jêzyku polskim „dyfteroidy”, która Prowadzone od lat 80. XX wieku badania genów sugeruje bezpoœredni zwi¹zek z C. diphtheriae, coraz opornoœci wystêpuj¹cych u Corynebacterium spp. czêœciej jest zastêpowana przez systematyków bardziej zwróci³y uwagê na mo¿liwe mechanizmy ich przeno- uniwersaln¹ nazwê „coryneform” [1, 5, 19, 20, 22, 29, szenia oraz podobieñstwo do genów wystêpuj¹cych 34], co wydaje siê w pe³ni uzasadnione. u innych drobnoustrojów np.: pa³eczek E. coli [12, 45, Gatunki oportunistyczne zaliczane do rodzaju Cory- 46], Staphylococcus spp. [41], Enterococcus spp. [38]. nebacterium nale¿¹ do drobnoustrojów, które w ostat- S¹ to nieliczne doniesienia, które nie podaj¹ obszer- nich latach nabieraj¹ coraz wiêkszego znaczenia w za- nych informacji na temat genów opornoœci wystêpuj¹- ka¿eniach u ludzi [1, 7, 11, 17, 18, 34, 35]. Wiele cych u Corynebacterium spp. szczepów izolowanych z materia³ów klinicznych, nale¿y do grup taksonomicznych, których cechy pato- genne nie zosta³o jeszcze dok³adnie scharakteryzo- 2. Problemy oznaczania opornoœci na wane a ocena ich roli jako drobnoustrojów chorobo- antybiotyki i sposobie interpretacji twórczych jest trudna. Dodatkowym utrudnieniem jest panuj¹ca niekiedy opinia o traktowaniu oportunis- Gatunki z rodzaju Corynebacterium wykazuj¹ ró¿- tycznych coryneform jako zanieczyszczeñ hodowli, co ne zapotrzebowanie na sk³adniki niezbêdne do wzrostu jest zwi¹zane z ich bardzo czêstym wystêpowaniem (lipidy). Powszechnie stosowanym pod³o¿em jest Co- na skórze i b³onach œluzowych. lumbia Agar z 5% krwi¹ owcz¹ oraz agar tryptozowo- Obserwowany wzrost przypadków zaka¿eñ wywo- sojowym z dodatkiem 5% krwi owczej i jej lizatu [34], ³anych przez oportunistyczne Corynebacterium spp. lub lizatu 3,0; 4,5; 5,0% krwi koñskiej [18, 34, 35, 42]. wynika zapewne z wy¿szego poziomu diagnostyki Gatunki lipofilne np.: C. jeikeium czy C. urealyticum, mikrobiologicznej – opracowania komercyjnych zesta- wykazuj¹ szybszy wzrost na pod³o¿u z dodatkiem wów do ich identyfikacji oraz stosowania metod bio- Tween 80, który u¿ywany jest w ró¿nych stê¿eniach logii molekularnej do identyfikacji trudnych i badania od 0,2 do 1,0% [21], lub zamiennie z 6,6% surowic¹ nowo poznawanych gatunków. królicz¹ [58]. Prowadzone s¹ równie¿ hodowle Cory- Do grupy chorych szczególnego ryzyka, u których nebacterium spp. w p³ynnych pod³o¿ach – bulionie coryneform mog¹ powodowaæ zaka¿enia, nale¿¹ przede mózgowo-sercowy z 0,2% Tween 80 i ekstraktem wszystkim osoby z obni¿on¹ odpornoœci¹ z powodu dro¿d¿owym (0,4%) [42]. Ze wzglêdu na stymulacjê tocz¹cego siê procesu nowotworowego, zaburzeniami wzrostu coryneform przez Tween 80, krytykowane jest czynnoœci szpiku kostnego, po zabiegach chirurgicz- jego dodawanie do pod³o¿y s³u¿¹cych do oznaczania nych, urologicznych, inwazyjnych badaniach diagno- lekoopornoœci [29]. Natomiast znacznie u³atwia izo- stycznych oraz chorzy na AIDS. Dodatkowym ryzy- lacjê coryneform dodanie do pod³o¿a fosfomycyny, kiem jest d³ugotrwa³a hospitalizacja, antybiotykotera- która hamuje wzrost innych bakterii [21]. pia, radioterapia, leczenie cytostatykami i sterydami. W zwi¹zku z brakiem zaleceñ do wykonania badañ Niepokoj¹cym faktem jest obserwowany wzrost tego i interpretacji opornoœci na antybiotyki dla Corynebac- typu zaka¿eñ u pacjentów, tzw. „immunokompetent- terium spp. u¿ywane by³y ró¿ne metody a sposoby ich nych”, u których nie stwierdzano wczeœniej objawów interpretacji stosowano takie jak dla innych grup bak- obni¿enia odpornoœci [8, 16]. terii Gram-dodatnich: Staphylococcus spp. [26], Ente- Utrudnieniem w diagnostyce mikrobiologicznej za- rococcus spp., Streptococcus spp. [21], paciorkowców ka¿eñ wywo³anych przez Corynebacterium spp. jest zieleniej¹cych [7]. Dla penicyliny i ampicyliny sto- brak jednolitych zasad wykonywania oznaczeñ opor- sowano interpretacjê, jak dla Listeria monocytogenes, noœci na antybiotyki, co jest podstaw¹ efektywnej an- a dla wankomycyny tak¹ jak dla grupy innych Gram- tybiotykoterapii. Przedstawiane przez wielu autorów dodatnich, ale nie enterokoków [32]. Do wykrywanie wyniki badañ charakteryzuj¹ce opornoœæ na anty- aktywnoœci beta-laktamaz wykorzystywano metodê biotyki ró¿nych gatunków izolowanych z materia³ów acydometryczn¹ [35] opisywan¹ przez T u i wsp. klinicznych oparte by³y przede wszystkim na bada- [57]. Przy oznaczaniu opornoœci na antybiotyki beta- niach fenotypowych. By³y one prowadzone w ró¿nych laktamowe coryneform – Brevibacterium casei, Der- MECHANIZMY OPORNOŒCI NA ANTYBIOTYKI WYKRYWANE U BAKTERII Z RODZAJU CORYNEBACTERIUM 121 mabacter hominis i Turacella otidis zastosowano kry- 3. Mechanizmy opornoœci na antybiotyki teria takie jak dla Enterobacteriaceae [56]. i chemioterapeutyki wykrywane Metoda dyfuzyjno-kr¹¿kowa jest czêsto u Corynebacterium spp. stosowana do oznaczania wra¿liwoœci na antybiotyki wielu rodzajów bakterii. W przypadku coryneform jest Problemem w leczeniu zaka¿eñ wywo³anych przez czêsto wykorzystywana do badania opornoœci ró¿nych gatunki z rodzaju Corynebacterium jest izolacja szcze- gatunków, ale brak zasad interpretacji dla Corynebac- pów o wysokiej opornoœci na antybiotyki. Informacje terium spp. podwa¿a jej wiarygodnoœæ. Kryteria inter- te oparte s¹ przede wszystkim na badaniach fenotypo- pretacji stref zahamowania wzrostu przyjmowane s¹ wych, w których dok³adnie scharakteryzowano izolaty takie jak dla ró¿nych Gram-dodatnich bakterii. pochodz¹ce z ró¿nych materia³ów klinicznych [1, 17, Do oznaczania lekoopornoœci najczêœciej u¿ywany 19–22, 32, 35, 40]. jest Mueller-Hinton Agar lub Columbia Agar z dodat- Od lat 70. do wczesnych lat 80. XX wieku pro- kiem 5% krwi owczej i inokulum w 0,85% NaCl wadzone by³y badania nad pozachromosomalnymi ele- o gêstoœci 0,5 lub 1,0 wg skali Mc Farlanda. Inku- mentami genetycznymi zarówno u patogennych, jak bacja przeprowadzana jest w temperaturze 35°C przez i niepatogenych szczepów Corynebacterium spp. [23, 18–24 godz., w atmosferze CO2 lub bez niego [21, 32]. 28, 64]. Od tego czasu zosta³a wykryta du¿a liczba plaz- Metoda mikrorozcieñczeñ w bulionie midów, z poœród których du¿e plazmidy pochodzi³y lub Mueller-Hinton Agar, z dodatkiem 3,0; 4,5 lub 5% g³ównie z gatunków potencjalnie chorobotwórczych lizatu krwi koñskiej [22, 34, 35] i zawiesiny bakterii dla cz³owieka, ma³e natomiast z Corynebacterium spp. o gêstoœci 0,5 w skali McFarlanda [18, 32] jest najczêœ- wystêpuj¹cych w glebie. Geny opornoœci na antybio- ciej wykorzystywana w pracach, w których oznacza- tyki najczêœciej zlokalizowane s¹ na du¿ych plaz- no wartoœci MIC (Minimal Inhibitory Concentration) midach np.: opornoœæ na tetracyklinê, chloramfenikol, Corynebacterium spp. Inkubacja przeprowadzana jest erytromycynê, streptomycynê na plazmidzie pTP10 w warunkach tlenowych w temperaturze 35°C przez u C. xerosis [12, 25]. 20–24, lub 48 godzin [18, 34, 35, 42]. Opisywane wielolekooporne szczepy C. jeikeium W badaniach lekoopornoœci coryneform wykorzys- [42, 66] C. amycolatum [66], C. striatum [7, 32, 35, tywano równie¿ metodê mikrorozcieñczeñ stosowan¹ 40] i C. resistens [34] potwierdzaj¹ wystêpowanie dla Staphylococcus – ATB Staph5 (bioMérieux) [65]. u Corynebacterium spp. ró¿nych mechanizmów opor- Metoda zu¿yciem Etest (AB BIODISK) noœci i genów o ró¿nej lokalizacji. jest bardzo dok³adn¹ i wygodn¹ w oznaczaniu wra¿- liwoœci na antybiotyki u Corynebacterium spp., tym 3.1. Opornoœæ na antybiotyki beta-laktamowe bardziej, ¿e istniej¹ ustalone kryteria interpretacji war- toœci MIC dla tej grupy bakterii [62]. Do wykona- Penicylina jest jednym z zalecanych antybiotyków nia oznaczenia powinien byæ zastosowany Mueller- w leczeniu b³onicy, co wynika z powszechnej wra¿li- Hinton Agar z dodatkiem 5% krwi owczej, inokulum 1 woœci toksycznych i nietoksycznych szczepów C. diph- wg skali McFarlanda w bulionie i prowadzona inku- theriae na ten antybiotyk [61]. Jednak opisywane bacja w 35°C w atmosferze tlenowej lub z 5% CO2 by³y przypadki jej nieskutecznoœci. Wykonane przez (jeœli jest to wymagane do lepszego wzrostu badanego von Hunolstein i wsp. [65] badania wra¿liwoœci szczepu, ale nie w przypadku erytromycyny i klinda- na penicylinê 24 nietoksycznych szczepów C. diphthe- mycyny) przez 24–48 godz. lub d³u¿ej – je¿eli szczep riae biotyp gravis metod¹ mikrorozcieñczeñ w bulio- jest wolnorosn¹cy. Odczytana wartoœci MIC na pasku nie i za pomoc¹ Etest (wyniki obu metod by³y zgodne Etest powinna odpowiadaæ ca³kowitemu zahamo- w 98%), wykaza³y MIC dla penicyliny w zakresie waniu wzrostu, obejmuj¹cemu równie¿ mikrokolonie 0,064–0,250 mg/l i bardzo niski dla erytromycyny i wzrost mg³awicowy. Dla antybiotyków bakteriosta- (MIC≤0,016 mg/l). MBC (Minimal Bactericidal Con- tycznych przy widocznym wzroœcie mg³awicowym centaration) minimalne stê¿enie bakteriobójcze MBC50 nale¿y odczytaæ MIC w punkcie 80% jego zahamowa- i MBC90 dla penicyliny by³o 2 i 8 mg/l oraz 17 i 24. nia. Jako szczep kontrolny powinien byæ u¿yty Strepto- 71% badanych szczepów mia³o stosunek MBC/MIC coccus pneumoniae ATCC 49619. ≥ 32. Wyniki badañ sugerowa³y tolerancjê (niewra¿- W wielu pracach autorzy wykonali oznaczenie liwoœæ) na penicylinê, co potwierdza³ brak pozytyw- wra¿liwoœci na antybiotyki Corynebacterium spp. za nego efektu leczenia przy wartoœciach MIC wska- pomoc¹ metody z u¿yciem Etest [15, 17, 48, 65], co zuj¹cych na wra¿liwoœæ badanych szczepów na ten dawa³o bardzo dobr¹ porównywalnoœæ wyników i wy- antybiotyk. Tolerancjê na amoksycylinê stwierdzono sok¹ ich korelacjê z uzyskanymi metod¹ mikroroz- równie¿ u szczepu C. diphtheriae izolowanego z przy- cieñczeñ w bulionie. padku endocarditis [14]. 122 ALINA M. OLENDER

Wykryta opornoœci na oksacylinê u szczepu Coryne- u innych badanych szczepów C. jeikeium [42]. Mimo bacterium spp. by³a zwi¹zana z wysok¹ aktywnoœci¹ ró¿nic w wynikach badañ u szczepów C. jeikeium obecnych na Tn3598 – transpozonie klasy II – 12 kpz, i C. xerosis, gen ermX jest g³ównie ³¹czony z lokaliza- pary genów tetA i tetB determinuj¹cych opornoœæ na cja na transpozonie Tn5432. U innych badanych szcze- tetracykliny. Aktywnoœæ tych genów, polegaj¹ca na pów, u których mechanizm MLSB nie jest zwi¹zany potê¿nym czynnym wypompowywaniu, powodowa³a z lokalizacj¹ genów ermX na transpozonie Tn5432, usuwanie równie¿ innego strukturalnie antybiotyku, stwierdzono, ¿e posiadaj¹ one równie¿ wszystkie jego jakim by³a oksacylina [53]. czêœci sk³adowe (tj. Tn5432), co wskazuje na póŸ- Na podstawie analizy wyników badañ fenotypo- niejsz¹ jego reorganizacjê [24]. Jest mo¿liwe, ¿e rucho- wych i genotypowych ró¿nych gatunków rodzaju Cory- me elementy transpozycyjne IS1249 zawieraj¹ce ermX nebacterium wykazuj¹cych opornoœæ na antybiotyki mog¹ tworzyæ nowe z³o¿one transpozony zawieraj¹ce beta-laktamowe, mo¿na s¹dziæ, ¿e wystêpuj¹ u tych inne geny wielolekooporne. Jest to szczególnie niepo- drobnoustrojów oba mechanizmów opornoœci tj. wy- koj¹ce, poniewa¿ transpozycja sekwencji insercyjnej twarzanie beta-laktamaz i modyfikacja bia³ek wi¹¿¹- IS1249 jest znana z mo¿liwoœci wstawienia i przenie- cych penicylinê. Potwierdza to np.: opornoœæ na peni- sienia Tn5432 z genomów bakterii niespokrewnionych cylinê (MIC90 >4 µg/ml) u szczepów C. jeikeium [42]. Prace, w których opisywano ró¿n¹ lokalizacjê i C. urealyticum, ampicylinê (MIC90 >8 µg/ml) [22], wykrytych genów ermX dotyczy³y gatunków Coryne- u C. resistens na penicylinê, cefazolinê, cefotiam, cef- bacterium, które izolowane by³y z ró¿nych rejonów metazol, cefepim (MIC >64 µg/ml) i imipenem (MIC geograficznych. Szczep C. diphthariae zawieraj¹cy >32 µg/ml) [34], u szczepów C. striatum na peni- pNG2 i C. striatum pochodzi³y od pacjentów z pó³- cylinê, ampicylinê (MIC90 = 16 µg/ml), cefazolinê, nocno-zachodniej czêœci USA [10, 25, 40], C. xerosis cefotiam, cefotaksim, imipenem (MIC90 >32 µg/ml) z pTP10 z Japonii [51], C. jeikeium z Francji [42] [35]. U szczepów szpitalnych C. urealyticum opornoœæ i C. jeikeium i C. amycolatum z Hiszpanii [66]. na penicylinê i cefotaksim by³a szczególnie wysoka Rozmieszczenie genów ermX sugeruje, ¿e leko- (MIC90 >512 µg/ml) [21]. oporne szczepy Corynebacterium spp. nabywaj¹ geny Analiza sekwencji genomu C. glutamicum wyka- od drobnoustrojów kolonizuj¹cych skórê lub b³ony za³a obecnoœæ czterech genów koduj¹cych bia³ka PBP œluzowe. ErmCd jest zawarty w plazmidzie pNG2 po- (Penicillin Binding Proteins) HMW (high-molecular- dobnym do plazmidów izolowanych od Corynebac- weight), tj. PBP1a, PBP1b, PBP2a, PBP2b, dwóch terium spp. wystêpuj¹cych na skórze [44]. Replikon genów koduj¹cych PBP4, PBP4b (low-molecular- 2.6-kpz EcoRI-ClaI fragment (oriR) mo¿e posiadaæ weight) oraz dwóch koduj¹cych prawdopodobnie beta- du¿o mikroorganizmów, w tym E. coli [12, 45, 46]. laktamazy [63]. Plazmid pNG2 wydaje siê ma³o prawdopodobnym miejscem, z którego pochodz¹ geny erm Corynebac- terium spp. Bardziej prawdopodobnym jest zwi¹zany 3.2. Opornoœæ na makrolidy, linkozamidy z chromosomem transpozon Tn5432, który mo¿e byæ i streptograminy B ruchomy [51]. Tn5432 zosta³ równie¿ wykryty u wy- stêpuj¹cych na skórze szczepów Propionibacterium Mechanizm opornoœci na makrolidy, linkozamidy acnes, P. avidum i P. granulosum, co sugeruje, ¿e i streptograminy B (MLSB) najczêœciej wystêpuje u gron- wielolekooporne szczepy z rodzaju Corynebacterium kowców. Zwi¹zany jest z obecnoœci¹ genów z grupy mog¹ byæ wa¿nym Ÿród³em w horyzontalnym trans- erm (erythromycin ribosome methylation) koduj¹cych ferze genów opornoœci do innych drobnoustrojów enzym metylazê rRNA, która powoduje dimetylacjê patogennych dla cz³owieka [43]. adeniny obecnej w 23S rRNA [3]. R oberts i wsp. Mo¿liwoœæ przenoszenia genu ermX „do” lub „z” [41] zakwalifikowali geny erm wystêpuj¹ce u Coryne- gatunków wystêpuj¹cych u zwierz¹t potwierdza fakt, bacterium spp. do klasy X. Mimo wysokiego stop- ¿e zosta³ on wykryty u szczepu Corynebacterium spp. nia homologii miedzy genami ermX izolowanymi izolowanego z mleka pasteryzowanego. Wykazywa³ on z ró¿nych gatunków Corynebacterium (C. diphtheriae, opornoœæ na erytromycynê i/lub spiromycynê [36]. C. jeikeium, C. xerosis) wykazuj¹ one inn¹ lokaliza- U szczepów Corynebacterium grupy A posiadaj¹- cjê. Gen ermX (tj. ermCd) C. diphtheriae znajduje siê cych mechanizm opornoœci MLSB zosta³ wykryty rów- w obrêbie 14,5-kpz plazmidu pNG2 [10], natomiast nie¿ gen ermB [30]. gen ermX (tj. ermCX) C. xerosis jest zlokalizowany Opornoœæ na makrolidy i streptograminy B u szcze- w obrêbie transpozonu Tn5432, którego noœnikiem jest pów Corynebacterium spp. jest zwi¹zana równie¿ 50-kpz R plazmid pTP10 [11]. U szczepu C. jeikeium z obecnoœci¹ genu msrA [33] i wytwarzaniem uk³adu [37] i C. striatum [40] ermX wystêpuje na chromo- aktywnego transportu wypompowywania antybiotyku somie co zosta³o potwierdzone (gen ermXcj) równie¿ z komórki (macrolide efflux proteins). Gen msrA by³ MECHANIZMY OPORNOŒCI NA ANTYBIOTYKI WYKRYWANE U BAKTERII Z RODZAJU CORYNEBACTERIUM 123 wczeœniej wykrywany tylko u Staphylococcus spp. [41]. U szczepów C. striatum M82B opornoœæ na tetra- Koduje on przekaŸnik ATP potrzebny komórce do cyklinê jest zwi¹zana z regionem 50-kpz R-plazmidu uzyskania energii z hydrolizy ATP do aktywnego pTP10. Analiza sekwencji nukleotydów ujawni³a dwie transportu erytromycyny i streptograminy B i umo¿li- ramki odczytu nazwane tetA i tetB. Do analizy funkcji wia syntezê rodziny transporterów ABC, tj wielobia³- tetAB genów wykorzystano ich ekspresjê w C. gluta- kowych systemów do aktywnego wypompowywania micum i stwierdzono, ¿e s¹ one odpowiedzialne za antybiotyku z komórki [31]. opornoœæ na tetracyklinê, oksytetracyklinê oraz na nis- Gen mef powoduj¹cy aktywne usuwanie makroli- kim poziomie (mniejsze wartoœci MIC) na inne po- dów z komórki bakteryjnej zosta³ wykryty u S. pneu- chodne: chlorotetracyklinê, minocyklinê, doksycyklinê. moniae i S. pyogenes oraz jak wykaza³ L u n a i wsp. Jednoczeœnie stwierdzono zwiêkszon¹ u tego szczepu [30] równie¿ u Corynebacterium grupy A, C. jeikeium wartoœæ MIC dla oksacyliny, co mo¿e wynikaæ z dzia- i innych szczepów Corynebacterium spp. ³ania genów tetAB, tj. wytworzenia potê¿nego mecha- nizmu czynnego transportu wypompowywania leków z komórki [54]. 3.3. Opornoœæ na fluorochinolony R plazmid pTP10 obecny u C. xerosis zawiera rów- nie¿ determinanty opornoœci na tetracyklinê oraz inne Opornoœæ na fluorochinolony (norfloksacynê, cipro- antybiotyki: chloramfenikol, kanamycynê, erytromy- floksacynê, lewofloksacynê) zosta³a wykryta u szcze- cynê [28, 52]. pów C. macginleyi przez Eguchi i wsp. [15] i jest U szczepów C. melassecola, gatunku u¿ywanego do zwi¹zana z mutacjami w obrêbie obszaru genu struktu- produkcji glutaminianu, gen opornoœci na tetracyklinê, ralnego podjednostki A gyrazy, który okreœlany jest zosta³ wykryty na plazmidzie pAG1 [12, 50]. jako obszar warunkuj¹cy opornoœæ na chinoliny (QRDR – quinolone resistance determining region) [15, 31]. Poprzez analizê genu gyrA koduj¹cego podjednostkê 3.5. Opornoœæ na glikopeptydy A gyrazy ujawniono zmianê w rejonie QRDR amino- kwasu w pozycji 83 (Ser na Arg), co spowodowa³o Zalecanym przez wielu autorów antybiotykiem wytworzenie u C. macginleyi opornoœci na norfloksa- w empirycznym leczeniu zaka¿eñ o charakterze in- cynê. Wykryto tak¿e podwójn¹ mutacjê prowadz¹c¹ wazyjnym wywo³anych przez coryneform jest wanko- do zmiany aminokwasów w pozycjach 83 i 87 (Asp na mycyna. Wi¹¿e siê to z powszechn¹ wra¿liwoœci¹ na Ala) warunkuj¹c¹ opornoœæ na wszystkie fluorochino- ten antybiotyków nawet wielolekoopornych gatunków lony. U wszystkich szczepów C. macginleyi o wysokim takich jak C. jeikeium, C. resistant, C. amycolatum, poziomie opornoœci wystêpowa³y podwójne mutacje C. striatum. S¹ jednak doniesienia o izolacji szczepów w Ser-83 i Asp-87 [15]. Corynebacterium – C. aquaticum i C. grupy B1 opor- Badania sekwecji genu gyrA przeprowadzono rów- nych na wankomycynê [60]. nie¿ u szczepów C. striatum i C. amycolatum [48]. B e r n a s i wsp. [6] opisali przypadek izolacji Wysoka opornoœæ na chinolony u C. amycolatum by³a szczepu Corynebacterium spp. opornego na wankomy- wynikiem podwójnej mutacji i zmiany aminokwasów cynê oraz penicylinê G, erytromycynê, gentamycynê w pozycji 87 i 97 lub 87 i 88 (niezwyk³a lokalizacja i rifampicynê izolowanego od 44-letniego chorego w gyrA). W gyrA C. striatum wystêpowa³y mutacje z endocarditis 4 miesi¹ce po wymianie protezy za- aminokwasów w pozycji 87 i 91, co odpowiada³o opor- stawki mitralnej. Zastosowanie imipenemu i ciproflo- noœci (bardzo du¿e wartoœci MIC) na ciproflokasynê ksacyny spowodowa³o wyleczenie zaka¿enia. i lewofloksacynê, ale jedynie umiarkowanie zwiêkszo- U pokrewnych gatunków coryneform Oerskowia nej wartoœci MIC moxifloksacyny. Badania te wyka- turbata 892 i Arcanobacterium (Corynebacterium) za³y ró¿ne zawi³e mechanizmy opornoœci na chinoliny haemolyticum 872 stwierdzono opornoœæ na wanko- u badanych gatunków Corynebacterium spp. [48]. mycynê i teikoplaninê o charakterze konstytuowa- nym. Wykryto obecnoœæ genów van A, wystêpuj¹cych 3.4. Opornoœæ na tetracykliny na plazmidach 15 i 20 kpz. U szczepów A. haemo- lyticum 872 sekwencja genu van A okaza³a siê taka Opornoœæ na tetracykliny u C. striatum (97% bada- sama jak u opornego na wankomycynê Enterococ- nych szczepów) opisywana by³a przez M a r t i nez- cus faecium BM4147. W przypadku O. turbata 892 M a r t i n e z i wsp. [32] w oparciu o przeprowadzone wystêpowa³a w trzech miejsca zmiana sekwencji. badania fenotypowe. Potwierdzi³o to wykrycie obecnoœ- A. haemoliticum i O. turbata wykazuj¹ naturaln¹ wra¿- ci genu tetM, który determinuje opornoœæ na wszystkie liwoœæ na wankomycynê i teikoplaninê, stwierdzona tetracykliny i jest zwi¹zany z ochronnym dzia³aniem na opornoœæ u badanych szczepów wynika³a z obecnoœci rybosom przez bia³ko o masie oko³o 72–72,5 kDa [40]. genu van A [38]. 124 ALINA M. OLENDER

3.6. Opornoœæ na chloramfenikol 74% na tetracyklinê. 22 szczepy innych badanych ga- tunków z rodzaju Corynebacterium mia³y zdecydowa- Geny opornoœci na chloramfenikol zosta³y wykryte nie ni¿szy odsetek opornych. Natomiast wszystkie ob- na plazmidach – u szczepu Corynebacterium spp. na jête badaniem szczepy wra¿liwe by³y na wankomycynê plazmidzie pXZ10145 – 5,3 kpz [68], oraz u C. xerosis (MIC = 0,5–4,0 mg/l), linezolid (MIC = 0,5–2,0 mg/l) na pTP10 – 45,0 kpz [12]. i daptomycynê (MIC ≤ 1 mg/l) z wyj¹tkiem dwóch Yauch i wsp. [55] wykryli u szczepu C. striatum izolatów C. aquaticum, których MIC dla daptomycyny M82B (dawniej C. xerosis M82B) gen opornoœci na wynosi³ 8 mg/l. Daptomycyna by³a zastosowana z po- chloramfenikol cmx (chloramphenicol export) jako in- wodzeniem w leczeniu skojarzonym z rifampicyn¹ tegraln¹ czêœæ transpozonu Tn5564, zawieraj¹cego w przypadku endocarditis wywo³anym przez C. amy- kompletn¹ kopiê sekwencji inercyjnej IS1513. Gen cmx colatum [11] i C. striatum [47]. Wysoka aktywnoœæ koduje specyficzne bia³ko (transmembrane chloram- linezolidu wykazana w badaniach nad 190 szczepami fenikol efflux protein) hamuj¹ce przechodzenie anty- coryneform przez przez G o m e z - G a r c e s i wsp. biotyku do cytoplazmy. [22] wskazuje na bardzo wysok¹ skutecznoœæ tego antybiotyku, który mo¿e byæ zastosowany w leczeniu 3.7. Opornoœæ na aminoglikozydy zaka¿eñ wywo³anych przez coryneform. Zró¿nicowanie opornoœci na antybiotyki u gatun- W 1984 roku K a t s u m a t a i wsp. [27] wykryli ków z rodzaju Corynebacterium ma du¿y zwi¹zek u szczepu Corynebacterium spp. geny opornoœci na z miejscem wystêpowania badanych szczepów. Jak streptomycynê i spektinomycynê zlokalizowane na stwierdzili G a r c i a - B r a v o i wsp. [21] szczepy plazmidzie pCG4. Natomiast gen opornoœci na kana- C. urealyticum pochodz¹ce od pacjentów hospitalizo- mycynê u C.xerosis M82B stwierdzono na plazmidzie wanych wykazuj¹ zdecydowanie wy¿sz¹ opornoœæ pTP10 [55]. (wy¿sze wartoœci MIC) na antybiotyki, ni¿ od pacjen- tów ambulatoryjnych. Przeprowadzono analizê czês- toœci i czasu stosowanej antybiotykoterapii u chorych, 4. Wra¿liwoœæ na antybiotyki gatunków co potwierdzi³o, ¿e œrodowisko szpitalne i czêœciej z rodzaju Corynebacterium najczêœciej stosowana antybiotykoterapia u pacjentów hospita- izolowanych z zaka¿eñ lizowanych sprzyja wystêpowaniu szczepów wielo- lekoopornych, a œrodowisko szpitalne, w jakim prze- Ze wzglêdu na wystêpowanie wielolekoopornych bywaj¹ pacjenci jest miejscem wystêpowania szczepów szczepów ró¿nych gatunków z rodzaju Corynebacte- C. urealyticum wywo³uj¹cych u nich zaka¿enia. Nato- rium, bardzo cenne s¹ wyniki badañ charakteryzuj¹ce miast zdecydowanie ni¿sza opornoœæ na antybioty- wra¿liwoœæ na antybiotyki, które potencjalnie mog¹ ków (ni¿sze wartoœci MIC) izolatów pochodz¹cych od mieæ zastosowanie w leczeniu zaka¿eñ. pacjentów ambulatoryjnych wskazuje, ¿e szczepy Fernandez-Roblas i wsp. [17] przeprowa- C.urealyticum pochodz¹ z mikroflory kolonizuj¹cej dzili ocenê wra¿liwoœci na antybiotyki za pomoc¹ Etest skórê chorego. du¿ej liczby szczepów: C. urealyticum, C. amycolatum, Niepokoj¹cym faktem jest opisanie w 2005 roku C. jeikeium, C. coyleae, C. striatum, C. aurimucosum wielolekoopornego nowego gatunku C. resistens. Jest i C. afermentans. Autorzy stwierdzili, ¿e szczepy on lipofilny, o s³abych w³aœciwoœciach fermenta- wszystkich badanych gatunków by³y wra¿liwe na gliko- cyjnych (fermentuje glukozê), nie redukuje azota- peptydy, linezolid, chinupristynê/dalfopristinê i dapto- nów, nie wytwarza ureazy i pyrazinamidazy. Charak- mycynê, co potwierdzili Funke i wsp. [19, 20]. teryzuje siê opornoœci¹ na penicylinê i cefalosporyny Przeprowadzone we W³oszech badania genetyczne (MIC > 64 µg/ml), imipenem (MIC > 32 µg/ml), ami- szczepów C. striatum MDR (multidrug-resistant), ujaw- noglikozydy (MIC > 3 µg/ml 2), makrolidy (MIC ni³y wystêpowanie lekoopornego klonu, którego szcze- >16 µg/ml), chinoliny (MIC > 32 µg/ml) oraz wra¿li- py izolowano z przypadków zapalenia p³uc, odcew- woœci¹ na teikoplaninê (MIC ≤ .0,5 µg/ml) i wanko- nikowej bakteriemii i zaka¿eñ ran. Wykazywa³y one mycynê (MIC = 2 µg/ml) [34]. wra¿liwoœæ na glikopeptydy, tigecyklinê, chinupristy- nê/dalfopristinê, daptomycynê i linezolid, przy opor- noœci na inne grupy antybiotyków [7]. 5. Podsumowanie Jednym z najbardziej opornych gatunków izolowa- nych ze œrodowiska szpitalnego jest C. jeikeium. Prze- Coraz czêstsze izolowanie z materia³ów klinicz- prowadzone badania przez J ohnson i wsp. [26] nych wielolekoopornych szczepów z rodzaju Coryne- 66 szczepów C. jeikeium wykaza³y u wszystkich opor- bacterium zwraca uwagê na pojawiaj¹cy siê problem noœæ na penicylinê, u 94% opornoœæ na erytromycynê, zwi¹zany z leczeniem zaka¿eñ wywo³anych przez t¹ MECHANIZMY OPORNOŒCI NA ANTYBIOTYKI WYKRYWANE U BAKTERII Z RODZAJU CORYNEBACTERIUM 125 grupê bakterii oportunistycznych, tym bardziej, ¿e za- 9. Collins M.D., Hoyles L., Lawson P.A., Falsen E., Robson R.L., ka¿enia dotycz¹ czêsto diagnostycznie trudnych przy- Foster G.: Phenotypic and phylogenetic characterization of padków, chorych hospitalizowanych, czêsto z towa- a new Corynebacterium species from dogs: description of Corynebacterium auriscanis sp. nov. J. Clin. Microbiol. 11, rzysz¹c¹ chorob¹ powoduj¹c¹ obni¿enie odpornoœci. 3443–3447 (1999) Niedoceniany udzia³ coryneform w zaka¿eniach mo¿e 10. Coyle M.B., Minshew B.H., Bland J.A., Hsu P.C.: Erythro- prowadziæ do b³êdów terapeutycznych. mycin and clindamycin resistance in Corynebacterium diph- Dok³adna diagnostyka mikrobiologiczna zaka¿eñ theriae from skin lesion. Antimicrob. Agents Chemother. 16, wywo³anych przez gatunki z rodzaju Corynebacte- 525–527 (1979) rium, identyfikacja izolowanych szczepów do gatun- 11. Dalal A., Urban C., Segal-Maurer S.: Endocarditis due Cory- ku oraz okreœlenie wra¿liwoœci na antybiotyki meto- nebacterium amycolatum. J. Med. Microbiol. 10, 1299–1302 (2008) dami umo¿liwiaj¹cymi oznaczenie wartoœci MIC daje 12. Deb J.K., Nath N.: Plasmids of corynebacteria. FEMS Micro- mo¿liwoœæ oceny wystêpuj¹cych i pojawiaj¹cych siê biol. Lett. 175, 11–20 (1999) mechanizmów lekoopornoœci oraz umo¿liwia podej- 13. Dorella F.A., Pacheco L.G., Oliveira S.C., Miyoshi A., mowanie decyzji co do w³aœciwej antybiotykoterapii. Azevedo V.: Corynebacterium pseudotuberculosis: micro- Zastosowanie metod biologii molekularnej i badanie biology, biochemical properties, pathogenesis and molecular genów opornoœci, ich lokalizacji oraz dróg przenosze- studies of virulence, Vet. Res. 2, 201–218 (2006) nia, jest bardzo wa¿nym kierunkiem badañ nad moni- 14. Dupon C., Turner L., Rouveix E., Nicolas M.H., Dorra M.: Endocardite à Corynebacterium diphtheriae tolerant à l’amo- torowaniem mechanizmów opornoœci u coryneform xicillin. Presse Med. 24, 1135 (1995) i daje mo¿liwoœæ œledzenia i okreœlenia ich udzia³u 15. Eguchi H., Kuwahara T., Miyamoto T., Nakayama-Imaohji H., w transmisji genów miedzy innymi gatunkami. Ichimura M., Hayashi T., Shiota H.: High-level fluoroquino- Badania nad wra¿liwoœci¹ na antybiotyki ró¿nych lone resistance in ophthalmic clinical isolates belonging to gatunków wielolekoopornych z rodzaju Corynebacte- the species Corynebacterium macginleyi. J. Clin. Microbiol. rium wskazuj¹, ¿e najwy¿sz¹ skutecznoœæ w leczeniu 2, 527–532 (2008) zaka¿eñ wykazuj¹: glikopeptydy, linezolid, daptomy- 16. Freeman J.D., Smith H.J., Haines H.G., Hellyar A.G.: Seven patients with respiratory infection due to Corynebacterium cyna, tigecyklina, chinupristyna/dalfopristina. pseudodiphtheriticum. Pathology, 26, 311–314 (1994) 17. Fernandez-Roblas R., Adames H., Martin-de-Hijas N.Z., Garcia Almeida D., Gadea I., Esteban J.: In vitro activity of Piœmiennictwo tigecycline and 10 other antimicrobials against clinical iso- lates of the genus Corynebacterium. Int. J. Antimicrob. Agents, 1. Adderson E.E., Boudreaux J.W., Hayden R.T.: Infections doi:10.1016/j.ijantimicag. 2008.11.001 (2009) caused by coryneform bacteria in pediatric oncology pa- 18. Funke G., Efstratiou A., Kiklinska D., Hutson R., De Zoysa tients, Pediatr. Infect. 2, 136–141 (2008) A., Engler K.H., Collins M.D.: Corynebacterium imitans 2. Amao H., Moriguchi N., Komukai Y., Kawasami H., Taka- sp.nov. isolated from patients with suspected diphtheria. hashi S., Sawada T.: Detection of Corynebacterium kutscheri J. Clin. Microbiol. 8, 1978–1983 (1997) in the feaces of subclinically infectied mice. Lab. Anim. 3, 19. Funke G., Punter V, von Graevenitz A.: Antimicrobial suscep- 376–382 (2008) tibility patterns of some recently established coryneform bac- 3. Arthur M., Nolinas C., Mabilat C., Courvalin P.: Detection of teria. Antimicrob. Agents Chemother. 40, 2874–2878 (1996) erythromycin resistance by the Polymerase Chain Reaction 20. Funke G., von Graevenitz A., Clarridge III J.E., Bernard K.A.: using primers in conserved refion of erm rRNA methylase Clinical Microbiology of coryneform bacteria. Clin. Micro- genes. Antimicrob. Agents. Chemother. 10, 2024–2026 (1990) biol. Rev. 1, 125–159 (1997) 4. Baird G.J., Fontanie M.C.: Corynebacterium pseudotuber- 21. Garcia-Bravo M., Aguado J.M., Morale J.M., Norwega A.R.: culosis and its role in ovine caseous lymphadenitis. J. Comp. Influence of external factors in resistance of Corynebacte- Pathol. 4, 179–210 (2007) rium urealyticum to antimicrobial agents. Antimicrob. Agents 5. Balci I., Esik F., Bayram A.: Coryneform bacteria isolated Chemother. 40, 497–499 (1996) from blond cultures and their antibiotic susceptibilities, 22. Gomez-Garces J-L., Alos J-I., Tamayo J.: In vitro activity of J. Intern. Med. Res. 30, 422–427 (2002) linezolid and 12 other antimicrobials against coryneform 6. Barnass S., Holland K., Tabaqchali S.: Vancomycin-resistant bacteria, Int. J. Antimicrob. Agents. 29, 688–692 (2007) Corynebacterium species causing prosthetic valve endocar- 23. Gross D.C., Vidaver A.K., Keralis M.B.: Indigenous plasmids ditis successfully treated with imipenem and ciprofloxacin. from phytopathogenic Corynebacterium sp. J. Gen. Micro- J. Infect, 2, 161–169 (1991) biol. 115, 479–489 (1979) 7. Campanile F., Carretto E., Barbarini D., Grigis A., Falcone 24. Hall R.M., Collis C.M., Kim M.J., Partridge S.R., Recchia M., Goglio A., Venditti M., Stefani S.: Clonal multidrug- G.D. Stokes H.W.: Mobile gene cassettes and integrons in resistant Corynebacterium striatum strains, Italy. Emerg. evolution. Ann. N.Y. Acad. Sci. 870, 68–80 (1999) Infect. Dis. 15, 75–78 (2009) 25. Hodgson A.L., Krywult J., Radford A.J.: Nucleotide se- 8. Chiner E., Arriero J.M., Signes-Costa J.,Marco J., Corral J., quence of the erythromycin resistance gene from the Co- Gomez-Esparrago A., Ortiz de la Tabla V., Martin C.: Coryne- rynebacterium plasmid pNG2. Nucleic Acids Res. 18, 1891 bacterium pseudodiphtheriticum pneumonia in an immuno- (1990) competent patient. Monaldi. Arch. Chest. Dis. 54, 325–327 26. Johnson A.P., Mushtaq S., Warner M., Livermore D.M.: (1999) Activity of daptomycin against multi-resistant Gram-positive 126 ALINA M. OLENDER

bacteria including enterococci and Staphylococcus aureus lincosamide-streptogramin B resitance determinants. Anti- resistant to linezolid. Int. J. Antimicrob. Agents, 24, 315–319 microb. Agents Chemother. 43, 2823–2830 (1999) (2004) 42. Rosato A.E., Lee B.S., Nash K.A.: Inducible macrolide resi- 27. Katsumata R., Ozaki A., Oka T., Furuya A.: Protoplast trans- stance in Corunebacterium jeikeium. Antimicrob. Agents. formation of glutamate-producting bacteria with plazmid Chemother. 7, 1982–1989 (2001) DNA. J.Bacteriol. 159, 306–311 (1984) 43. Ross J.I., Eady A.A., Carnegle E., Cove J.H.: Detection 28. Kono M., Sasatsu M., Aoki T.: R plasmids in Corynebacte- of transposon Tn5432 – mediated macrolide-lincosamide- rium xerosis strains. Antimicrob. Agents. Chemother. 23, streptogramin B (MLSB) resistance in cutaneus propionibac- 506–508 (1983) terie from six European cities. J. Antimicrob. Chemiother. 29. Lagrou J., Verhaegen M., Janssens G., Wauters G., Verbist L.: 49, 165–168 (2002) Prospective study of catalase-positive coryneform organisms 44. Serwold-Davis T.M., Groman N.B.: Mapping and cloning of in clinical specimens: identification, clinical relevance, and Corynebacterium diphtheriae plasmid pNG2 and characteri- antibiotic susceptibility. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 30, zation of ist relatedness to plasmids from skin corynefrms. 7–15 (1998) Antimicrob. Agents Chemother. 30, 69–72 (1986) 30. Luna V.A., Coates P., Eady A., Cove J.H., Nguyen T.T.H., 45. Serwold-Davis T.M., Groman N.B., Kao C.C.: Localization Roberts M.C.: A variety of Gram-positive bacteria carry mo- of an orgin of replication in Corynebacterium diphtheriae bile mef genes. J. Antimicrob. Chemother. 44, 19–25 (1999) broad host range plasmid pNG2 that also functions in Esche- 31. Markiewicz Z., Kwiatkowski Z.A.: Bakterie, antybiotyki, richia coli. FEMS Microbiol. Lett. 54, 119–123 (1990) lekoopornoœæ. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 2006 46. Serwold-Davis T.M., Groman N., Rabin M.: Transformaction 32. Martinez-Martinez L., Suarez A.I., Winstanley J., Ortega of Corynebacterium diphtheriae, Corynebacterium ulcerans, M.C., Bernard K.: Phenotypic characteristics of 31 strains Corynebacterium glutamicum and Escherichia coli with the of Corynebacterium striatum isolated from clinical sample. C.diphtheriae plasmid pNG2. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84, J. Clin. Microbiol. 9, 2458–2461 (1995) 4964–4968 (1987) 33. Ojo K.K., Striplin M.J., M., Ulep C.C., Close N.S., Zittle J., 47. Shah M., Murillo J.L.: Successful treatment of Corynebacte- Luis H., Bernardo M., Leitao J., Roberts M.C.: Staphylococ- rium striatum endocarditis with daptomycin plus rifampin. cus efflux msr(A) gene characterized in Streptococcus, Ente- Ann. Pharmacother. 10, 1741–1744 (2005) rococcus, Corynebacterium, and Pseudomonas isolates. Anti- 48. Sierra J.M., Martinez-Martinez L., Vazquez F., Giralt E., microb. Agents. Chemother. 3, 1089–1091 (2006) Vila J.: Relationship between mutations in the gyrA gene and 34. Ostuka Y., Kawamura Y., Koyama T., Iihara H., Ohkusu K., quinolone resistance in clinical isolates of Corynebacterium Azeki T.: Corynebacterium resistens sp. nov., a new multi- striatum and Corynebacterium amycolatum, Antimicrob. resistant coryneform bacterium isolated from human infec- Agents. Chemother. 5, 1714–1719 (2005) tion. J. Clin. Microbiol. 8, 3713–3717 (2005) 49. Takahashi T., Tsuji M., Kikuchi N., Ishihara C., Osanai T., 35. Otsuka Y., Ohkusu K., Kawamura Y., Baba S., Azeki T., Kasai N., Yanagawa R., Hiramune T.: Assignment of the bac- Kiura S.: Emergence of multidrug-resistant Corynebacterium terial agent of urinary calculus in young rats by the compa- striatum as a nosocomial pathogen in long-term hospitalized rative sequence analysis of the 16s rRNA genes corynebac- patients with underlying diseases. Diagn. Microbiol. Infect. teria. J. Vet. Sci. 3, 515–517 (1995) Dis. 54, 109–114 (2006) 50. Takeda Y., Fujii M., Nakajyoh Y., Nishimura T., Isshiki S.: 36. Perrin-Guyomard A., Soumet C., Leclercq R., Doucet-Popu- Isolation of tetracycline resistance plasmid from a glutamate- lair R., Sanders P.: Antibiotic susceptibility of bacteria isola- producing Corynebacterium, Corynebacterium melassecola. ted from pasteurized milk and characterization of macrolide- J. Ferment. Bioeng. 70, 177–179 (1990) lincosamide-streptogramin resistance genes. J. Food. Prot. 51. Tauch A., Kassing F., Kalinowski J., Puhler A.: The Coryne- 2, 347–352 (2005) bacterium xerosis composite transposon Tn5432 consists of 37. Pitcher D., Johnson A., Allerberger F., Woodford N., two identical insertion sequences, designated IS1249, flan- George R.: An investigation of nosocomial infection with king the erythromycin resistance gene ermcx. Plasmid, 34, Corynebacterium jeikeium in surgical patients using a ribo- 119–131 (1995) somal RNA gene probe. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 52. Tauch A., Kassing F., Kalinowski J., Pühler A.: The erythro- 9, 643–648 (1990) mycin resistance gene of the Corynebacterium xerosis R-plas- 38. Power E.G., Abdullah Y.H., Talsania H.G., Spice W., mid pTP10 also carrying chloramphenicol, kanamycin and Aathithan S., French G.L.: vanA genes in vancomycin-resi- tetracycline resistance is capable of transposition in Coryne- stant clinical isolates of Oerskovia turbata and Arcanobac- bacterium glutamicum. Plasmid, 33, 168–179 (1995) terium (Corynebacterium) haemolyticum. J. Antimicrob. 53. Tauch A., Krieft S., Kalinowski J., Pühler A.: The 51,409-bp Chemother. 4, 595–606 (1995) R-plasmid pTP10 from the multiresistant clinical isolate 39. Riegel P., Ruimy R., Renard F.N.R., Freney J., Prevost G., Corynebacterium striatum M82B is composed of DNA Jehl F., Christen R., Monteil H.: Corynebacterium singulare segments initially identified in soil bacteria and in plant, sp. nov., new species for urease-positive strains related to animal, and human pathogens. Mol. Gen. Genet. 263, 1–11 Corynebacterium minutissimum. Int. J. Syst. Bacteriol. 4, (2000) 1092–1096 (1997) 54. Tauch A., Krieft S., Pühler A., Kalinowski J.: The tetAB of 40. Roberts M.C., Leonard R.B., Briselden A., Schoenknecht F.D., the Corynebacterium striatum R-lasmid pTP10 encode an Coyle M.B.: Characterization of antibiotic-resistant Coryne- ABC transporter and confer tetracycline, oxytetracycline and bacterium striatum strains. J. Antimicrob. Chemother. 30, oxacillin resistance in Corynebacterium glutamicum. FEMS 463–474 (1992) Microbiol. Lett. 173, 203–209 (1999) 41. Roberts M.C., Sutcliffe J., Courvalin P., Jensen L.B., Rood J., 55. Tauch A., Zheng Z., Pühler A., Kalinowski J.: Coryne- Seppala H.: Nomenclature for macrolide and macrolide- bacterium striatum chloramphenicol resistance transposon MECHANIZMY OPORNOŒCI NA ANTYBIOTYKI WYKRYWANE U BAKTERII Z RODZAJU CORYNEBACTERIUM 127

Tn5564: genetic organization and transposition in Coryne- from the rod-shaped actinomecete Corynebacterium gluta- bacterium glutamicum. Plasmid, 40, 126–139 (1998) micum: peptydoglycan synthesis in cells lacking actin- 56. Troxler R., Funke G., von Graevenitz A., Stock I.: Natural anti- like cytoskeletal structures. Mol. Microbiology, 66, 643–657 biotic susceptibility of recently established coryneform bacte- (2007) ria, Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 20, 315–323 (2001) 64. Vertes A.A., Inui M., Yukawa H.: Manipulating Corynebac- 57. Tu K.K., Jorgensen J.H., Stratton C.W.: A Rapid paper-disc teria, from individual genes to chromosomes. Appl. Environ. test for penicillinase. Am. J. Clin. Pathol. 75, 557–559 (1981) Microbiol. 12, 7633–7642 (2005) 58. Weiss K., Laverdiere M., Rivest R.: Comparison of anti- 65. Von Hunolstein C., Scopetti F., Efstratiou A., Engler K.: microbial susceptibilities of Corynebacterium species by Penicillin tolerance amongst non-toxigenic Corynebacterium broth microdilution and disc diffusion methods, Antimicrob. diphtheriae isolated from cases of pharyngitis. J. Antimicrob. Agents. Chemother. 4, 930–933 (1996) Chemother. 50, 125–128 (2002) 59. Wendisch V.F., Bott M., Kalinowski J., Oldiges M., Wiechert 66. Yague Guirao G., Mora Peris B., Martinez-Toldos M.C., W.: Emerging Corynebacterium glutamicum systems bio- Rodriguez Gonzalez T., Valero Guillen P.L., Segovia logy, J. Biotechnol. 1, 74–92 (2006) Hernandez M.: Implication of ermX genes in macrolide- and 60. Williams D.Y., Selepak S.T., Gill V.J.: Identification of clini- telithromycin-resistance in Corynebacterium jeikeium and cal isolates of nondiphterial Corynebacterium species and Corynebacterium amycolatum. Rev. Esp. Quimioterap. 3, their antibiotic susceptibility patterns. Diagn. Microbiol. 136–242 (2005) Infect. Dis. 17, 23–28 (1993) 67. Yassin A.F., Siering C.: Corynebacterium sputi sp. nov., iso- 61. Wilson A.P.R.: Treatment of infections caused by toxigenic lated from the sputum of the a patient with pneumonia, Int. and non-toxigenic strains of Corynebacterium diphtheriae. J. Syst. Evol. Microbiol. 12, 2876–2879 (2008) J. Antimicrob. Chemother. 35, 717–720 (1995) 68. Zhen Z.H., Ma C.P., Yan W.Y., He P.F., Mao Y.X., Sun W., 62. www.abbiodisk.com/Etest Application Sheet/Fastidious Gram Lei Z.Z., Zhu P., Wu J.F.: Restriction map of plasmid Positive Bacilli EAS 021 pXZ10145 of Corynebacterium glutamicum and con- 63. Valbuena N., Letek M., Ordonez E., Atala J., Daniel R.A., struction of an integrated plasmid. Chin. J. Biotechnol. 3, Gil J.A., Mateos L.M.: Characterization of HMW-PBPs 183–188 (1987) 128 ALINA M. OLENDER INFORMACJE, KOMUNIKATY, RECENZJE

Od Redakcji logia 100 lat po Robercie Kochu. Spotkanie planowane jest na koniec sierpnia 2010 roku. W 2010 roku up³ywa 100 lat od œmierci jednego z najwybit- Jerzy Hrebenda niejszych mikrobiologów prze³omu XIX-tego i XX-ty wieku Roberta Kocha. Jak pisa³ o nim w Postêpach Mikrobiologii PS. W 2006 roku Gdañskie Wydawnictwo Via Medica wy- (PM. 32. 104–112. 1993) prof. Zbigniew Kwiatkowski, [Kocha] drukowa³o prace prof. Zofii Zwolskiej pt. Robert Koch twórca ... Nawet wtedy gdy by³ ju¿ u szczytu s³awy nazywano... czêsto bakteriologii chorób zakaŸnych, ksi¹¿ka poœwiêcona jest pamiêci po prostu „doktorem” lub nawet „doktorem z Wolsztyna”. uczonego w 100-tn¹ rocznicê otrzymania przez Niego nagrody By³ lekarzem i jego zainteresowania mia³y zawsze pod³o¿e prak- Nobla za odkrycie pr¹tków gruŸlicy. Na 75 stronach omawianego tyczne. Jego wielkoœæ polega³a na tym, ¿e stworzy³ postawy dzie³a znaleŸæ mo¿na obszern¹ biografiê uczonego, relacjê z ba- nowoczesnej bakteriologii – szczególnie znaczenie maj¹ dziœ dañ nad w¹glikiem, gruŸlic¹, choler¹, informacje na temat opra- jego prace nad pr¹tkiem gruŸlicy, w¹glikiem oraz choler¹. S³ynne cowanych przez Kocha technik badawczych, charakterystykê „postulaty Kocha” pozwoli³y na skuteczn¹ identyfikacjê czyn- wspó³czesnych mu uczonych i wspó³pracowników. Osobne w¹tki ników sprawczych wielu chorób zakaŸnych ludzi i zwierz¹t poœwiêcone s¹ metodologii badañ nad etiologi¹ chorób zakaŸnych – sta³y siê te¿ podstaw¹ metodyczn¹ w przypadku badañ ekspe- znanych obecnie pod has³em „Postulatów Kocha”. Ksi¹¿kê koñ- rymentalnych nad chorobami zakaŸnymi. cz¹ ciekawe informacje nt. Muzeum Roberta Kocha w Wolszty- Obchody 100-lecia œmierci Roberta Kocha w Polsce za- nie. Tekst wydanej na kredowym papierze pracy, jest bardzo inaugurowa³a w marcu br. Uroczysta Sesja Naukowa poœwiê- bogato ilustrowany kolorowymi zdjêciami. Uderza szczególnie cona Uczonemu oraz Œwiatowemu Dniu Walki z GruŸlic¹. Spot- staranna redakcja tekstu oraz estetyczna forma graficzna ksi¹¿ki. kanie odby³o siê w sali Senatu Warszawskiego Uniwersytetu Pozostaj¹c pod wra¿eniem tego niezwykle udanego dzie³a, Medycznego. Relacjê z obrad autorstwa prof. Zofii Zwolskiej chcia³bym sugerowaæ W³adzom Polskiego Towarzystwa Mikro- publikujemy ni¿ej. biologów wznowienie wydania ksi¹¿ki z okazji planowanej Jednoczeœnie informujê, i¿ w listopadzie 2009 r. Prezydium Konferencji poœwiêconej Robertowi Kochowi. Z.G Polskiego Towarzystwa Mikrobiologów podjê³o uchwa³ê By³by to bardziej trwa³y, ni¿ ulotne referaty ho³d oddany o organizacji przez PTM Konferencji Naukowej pt. Mikrobio- Uczonemu z okazji rocznicy jego œmierci.

UROCZYSTA SESJA NAUKOWA Z OKAZJI 100-LECIA ŒMIERCI ROBERTA KOCHA ORAZ ŒWIATOWEGO DNIA WALKI Z GRULIC¥

Prof. dr hab. Zofia Zwolska, Kierownik Zak³adu Mikrobiologii, Krajowego Referencyjnego Laboratorium Pr¹tka, email: [email protected]

Od wielu lat w dniu 24 mar- chorób infekcyjnych, rozwin¹³ nowe pola dzia³ania na rzecz ca ca³y œwiat obchodzi Œwia- zdrowia publicznego i higieny, stworzy³ podwaliny epidemio- towy Dzieñ Walki z GruŸli- logii chorób zakaŸnych. c¹ równoczeœnie oddaj¹c ho³d Koch przyst¹pi³ do badañ nad gruŸlic¹ z pobudek humani- doktorowi Robertowi Kochowi tarnych, uwa¿aj¹c chorobê za najgroŸniejsz¹ klêskê spo³eczn¹, – twórcy bakteriologii chorób wobec której medycyna by³a bezradna. W XIX wieku gruŸlica zakaŸnych, cz³owiekowi, które- jako choroba masowo zabijaj¹ca i jako najwiêksza klêska spo- go imiê od XIX w znane jest ³eczna sta³a siê tematem zainteresowañ wszystkich mieszkañców ca³emu cywilizowanemu œwiatu. Europy Œrodkowej. Dokumenty opisuj¹ce epidemiê gruŸlicy Dzieñ ten zosta³ ustanowiony w XIX wieku s¹ liczne i ró¿norodne. S¹ nimi opisy i naukowe dla upamiêtnienia pierwsze- prace lekarskie, pamiêtniki chorych, ¿yciorysy zmar³ych, arty- go raportu o odkryciu Myco- ku³y dziennikarskie i inne. bacterium tuberculosis czyn- W tym czasie endemia gruŸlicy przerodzi³a siê w epidemiê. nika przyczynowego gruŸlicy, Tylu znakomitych ludzi, poetów, muzyków, pisarzy, aktorów i in- wyg³oszonego przez Roberta nych umar³o na gruŸlicê p³uc w XIX wieku, ¿e ich ¿yciorysy Ex Libris autorstwa Kocha w Berliñskim Towarzy- mo¿na porównaæ do pedantycznie prowadzonych historii chorób. dr Zbigniewa JóŸwika ofiaro- stwie Fizjologicznym. Prace R. Kocha nad gruŸlic¹ skupia³y siê na metodyce po- wany Muzeum Roberta Kocha Zas³ugi Roberta Kocha dla zwalaj¹cej barwiæ pr¹tki gruŸlicy w rozmazach skrawków tkanek, przez Warszawsko-Otwocki rozwoju bakteriologii chorób metodach hodowli pr¹tków in vitro na po¿ywkach najpierw p³yn- Oddzia³ PTCHP zakaŸnych, dla zrozumienia ich nych, potem sta³ych i poszukiwaniu leków do leczenia gruŸlicy. roli w patogenezie ludzi i zwie- Ponadto R. Koch opracowa³ na ma³ych zwierzêtach laboratoryj- rz¹t nale¿¹ do najwiêkszych w œwiecie i s¹ porównywalne tylko nych eksperymentalny model gruŸlicy. Pozwoli³o mu to na sfor- z zas³ugami Ludwika Pasteura. Koch wprowadzi³ do medycyny mu³owane czterech warunków, które powinny byæ spe³nione przy coœ nowego, ucz¹c równoczeœnie profilaktyki i leczenia opar- diagnozowaniu chorób zakaŸnych. S¹ one znane po dziœ dzieñ tego na etiologii. Opracowa³ nowe techniki diagnozowania jako „postulaty Kocha” i stanowi¹ kanon w wykrywaniu chorób 130 ZOFIA ZWOLSKA zakaŸnych. 10 grudnia 1905 r. otrzyma³ Nagrodê Nobla za prace blem ten nie jest szczegó³owo monitorowany przez WHO, po- badawcze nad gruŸlic¹. W wyk³adzie noblowskim R. Koch wyra- niewa¿ uwa¿a siê, ¿e pozap³ucne lokalizacje gruŸlicy s¹ mniej zi³ przekonanie, ¿e œwiat wkrótce upora siê z problemem gruŸlicy. zakaŸne ni¿ gruŸlica p³uc. Ocenia siê, ¿e ka¿dego roku u ponad Niestety, Koch nie przewidzia³, ¿e 100 lat póŸniej problem gruŸli- 1,12 mln osób dochodzi do rozwoju pozap³ucnej gruŸlicy. Od- cy nie tylko ¿e nie zmala³, ale wprost przeciwnie sta³ siê powa¿- setek pozap³ucnej gruŸlicy jest bardzo zró¿nicowany geograficz- nym zagro¿eniem zdrowia ludnoœci na wszystkich kontynentach. nie od 6,5% w regionie Zachodniego Pacyfiku do 20% na Bli- Na pocz¹tku swojej kariery zawodowej i naukowej, przez skim Wschodzie. W niektórych krajach europejskich, takich jak 8 lat Robert Koch pracowa³ na ziemi poznañskiej, pocz¹tkowo np. Finlandia, Szwecja lub Holandia, gruŸlica pozap³ucna sta- w Rakoniewicach, póŸniej w Wolsztynie gdzie by³ lekarzem pol- nowi ponad 30% wszystkich zachorowañ, natomiast w Polsce skiej ludnoœci. Pozwoli³o mu to poznaæ jêzyk polski i swobodnie jest to zaledwie 7%. Najczêstsze lokalizacje pozap³ucnej gruŸli- rozmawiaæ z pacjentami. cy to op³ucna, uk³ad moczo-p³ciowy, kostno-stawowy i wêz³y W Wolsztynie, w domu, w którym mieszka³ i pracowa³ ch³onne. Doc. dr hab. n.med. Ewa Augustynowicz-Kopeæ z Robert Koch, powsta³o muzeum. W muzeum eksponowane s¹ Krajowego Referencyjnego Laboratorium Pr¹tka omówi³a zasa- pami¹tki zwi¹zane z prac¹ i pobytem Roberta Kocha w Wolsz- dy diagnostyki gruŸlicy pozap³ucnej, która jest znacznie trud- tynie, g³ównie fotografie i fotokopie dokumentów. Obok bogatej niejsza ni¿ w przypadku p³ucnych lokalizacji. Potwierdzenie ekspozycji muzealnej, obrazuj¹cej jego ¿ycie i dzia³alnoœæ, na gruŸliczego t³a zmian pozap³ucnych wymaga czêsto wykonania szczególn¹ uwagê zas³uguje wyposa¿enie laboratorium, z zacho- badañ inwazyjnych, ale czu³oœæ metod bakteriologicznych w wanym mikroskopem, instrumentami uczonego i faksymilia doku- tych przypadkach jest ni¿sza ni¿ w gruŸlicy p³uc. Nowoczesne mentów osobistych Kocha. Na domu widniej¹ tablice po polsku metody diagnostyczne, w tym szczególnie genetyczne pozwala- i niemiecku z inskrypcj¹: „W tym domu mieszka³ od 1872 do j¹ jednak na potwierdzenie wielu przypadków o innej lokaliza- 1880 roku jako lekarz okrêgowy póŸniejszy Tajny Radca Eksce- cji ni¿ p³uca. Pierwsz¹ sesjê zakoñczy³ wyk³ad doc dr hab. n. lencja Profesor Robert Koch. Tutaj rozpocz¹³ swoje wspania³e med. Andrzeja Horbana, dyrektora Szpitala ZakaŸnego, który odkrycie z dziedziny chorób infekcyjnych, które da³y podstawy przedstawi³ gruŸlicê krwiopochodn¹ u chorych na AIDS. Poza- utworzenia wiedzy bakteriologicznej, a jego uczyni³y jednym p³ucne postacie gruŸlicy wystêpuje znacznie czêœciej w przy- z najwiêkszych dobroczyñców ludzkoœci”. padkach chorych na AIDS. W Polsce liczba zaka¿eñ HIV jest W oficynie budynku mieœci siê: Stowarzyszenie Naukowe znacznie mniejsza ni¿ w innych regionach œwiata. Rocznie im. Roberta Kocha i Fundacja im. Roberta Kocha, powo³ane 3 maja stwierdza siê oko³o 70 przypadków gruŸlicy u chorych na AIDS. 1995 roku. Stowarzyszenie od momentu za³o¿enia organizuje Leczenie tych chorych jest jednak znacznie trudniejsze i czêsto sympozja naukowe i konferencje, upowszechnia wiedzê o ¿yciu mniej skuteczne. i dzia³alnoœci wielkiego uczonego, wspó³pracuj¹c z Instytutem W drugiej sesji omówione zosta³y najwa¿niejsze lokalizacje Roberta Kocha w Berlinie oraz potomkami wielkiego uczonego. gruŸlicy pozap³ucnej. Jako pierwszy wyst¹pi³ prof. dr hab. Warszawsko-Otwocki Oddzia³ Polskiego Towarzystwa Cho- nmed. Andrzej Borkowski, kierownik Kliniki Urologii WUM, rób P³uc od lat organizuje sesje naukowe pod patronatem Depar- który omówi³ zmiany gruŸlicze w uk³adzie moczowym. W prze- tamentu Stop TB Œwiatowej Organizacji Zdrowia. Tegoroczna sz³oœci i obecnie jest to czêsta lokalizacja gruŸlicy. Badanie sesja poœwiêcona w ca³oœci gruŸlicy pozap³ucnej zadedykowana bakteriologiczne w znacznym odsetku potwierdza t¹ postaæ gruŸ- by³a pamiêci Roberta Kocha, którego setna rocznica œmierci licy. Kolejne, wa¿ne wyst¹pienie dr med. Miros³awy Nowak- przypada 27 maja 2010 r. Konferencja odby³a siê w Sali Senatu Misiak z jedynego w Polsce oddzia³u ortopedycznego specjali- Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego w ramach obchodów zuj¹cego siê leczeniu gruŸlicy narz¹dów ruchu dotyczy³o 200 lat nauczania medycyny w Warszawie. Honorowy patronat powa¿nych problemów diagnostycznych i terapeutycznych w le- nad sesj¹ obj¹³ Jego Magnificencja Rektor Warszawskiego Uni- czeniu gruŸlicy koœci i stawów wymagaj¹cych poza lekami d³u- wersytetu Medycznego prof. dr hab. med. Marek Krawczyk. giego unieruchomienie zmienionych chorobowo koœci i stawów. Z okazji stulecia œmierci R Kocha Warszawsko-Otwocki Oddzia³ Problemy zwi¹zane z gruŸlica dzieciêc¹ omówi³ doc. dr hab. PTCHP przygotowa³ okolicznoœciowy exlibris stanowi dar na- n. med. Jerzy Zio³kowski z Kliniki Pediatrii Warszawskiego szego oddzia³u dla Muzeum Roberta Kocha w Wolsztynie. Na Uniwersytetu Medycznego. U dzieci najczêstsz¹ postaci¹ cho- uroczyst¹ sesjê przyby³ kustosz Muzeum, mgr Romuald Nowak, roby jest gruŸlica wêz³ów ch³onnych obwodowych i œródpiersia. który odbieraj¹c pami¹tkowy exlibris zrewan¿owa³ siê Towarzys- Dr med. Aleksandra Dañczak-Pazdrowska z Kliniki Dermato- twu grafik¹ przedstawiaj¹c¹ dom Roberta Kocha w Wolsztynie. logii Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu podzieli³a siê swoim Na spotkaniu obecny by³ równie¿ autor exlibrisu dr Zbigniew doœwiadczeniem w rozpoznawaniu i leczeniu skórnych postaci JóŸwik, który ofiarowa³ Warszawskiemu Uniwersytetowi Medycz- gruŸlicy. Szczególnie groŸn¹ postaci¹ gruŸlicy s¹ neuroinfekcja. nemu inne exlibrisy o tematyce medycznej. Uroczystego otwar- Do jej rozpoznania na ogó³ konieczne jest nak³ucie lêdŸwiowe cia sesji dokona³ Prorektor WUM prof. S³awomir Nazarewski. i szybka diagnostyka bakteriologiczna i genetyczna. Wymaga to W swoim wyst¹pieniu podkreœli³ jak wa¿ne jest dla warszaw- du¿ego doœwiadczenia, takiego jakie posiada³ kolejny wyk³a- skiej uczelni kultywowanie tradycji akademickich, pamiêæ o wiel- dowca dr n. med. Dariusz Lipowski ze Szpitala ZakaŸnego kich poprzednikach, a równoczeœnie spojrzenie w przysz³oœæ przy ul. Wolskiej, który od lat zajmuje siê tymi przypadkami. i prezentowanie nowoczesnej wiedzy medycznej. GruŸlica górnych dróg oddechowych, któr¹ przedstawi³ prof. Kolejno autorka niniejszego sprawozdania (prof. Zofia Zwol- dr hab. n. med. Kazimierz Niemczyk mo¿e szerzyæ siê z p³uc ska) omówi³a fakty biograficzne dotycz¹ce ¿ycia osobistego i pra- przez ci¹g³oœæ co sprzyja zaka¿eniom tej lokalizacji. Ta postaæ cy zawodowej Roberta Kocha. W nastêpnych wyst¹pieniach spe- choroby jest bardzo zakaŸna dla otoczenia i powinna byæ bar- cjaliœci omawiali epidemiologiê, wykrywanie i leczenie ró¿nych dzo szybko zdiagnozowana i leczona. Ostatnia prezentacja prof. postaci gruŸlicy pozap³ucnej. Dr med. Ma³gorzata Grzemska, dr hab. n. med. Janina Or³owska z Kliniki Gastroenterologii specjalista Departamentu Stop TB WHO w Genewie, przedsta- CMKP dotyczy³a diagnostyki ró¿nicowej gruŸlicy przewodu po- wi³a aktualn¹ sytuacjê epidemiologiczn¹ gruŸlicy i wyzwania karmowego. Rozpoznanie tej postaci jest bardzo trudne i czêsto jakie staj¹ przed WHO w najbli¿szej przysz³oœci. opiera siê na badaniu histopatologicznym wycinków z miejsc Dr med. Tadeusz Zielonka z Katedry i Zak³adu Medycyny zmienionych chorobowo. Rodzinnej, Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego omówi³ Po wyg³oszonych prezentacjach toczy³a siê d³uga, meryto- epidemiologiê gruŸlicy pozap³ucnej na œwiecie i w Polsce. Pro- ryczna dyskusja. Konferencjê zakoñczono wspólnym posi³kiem. 131

Od Redakcji

Uprzejmie proszê PT. autorów o mo¿liwie szybkie uregulowanie zaleg³ych op³at – powsta³ych w 2009 roku – za publi- kowanie artyku³ów w Postêpach Mikrobiologii. Pismo nasze od roku pozbawione jest dotacji MNiSW, st¹d brak wp³ywów z ww. tytu³u, znaczie utrudnia kierownictwu PTM realizacjê statutowej dzia³alnoœci. Z góry dziêkujemy za pozytywny odzew na nasz¹ proœbê. Za Redakcjê PM. Jerzy Hrebenda

INFORMACJA DLA AUTORÓW o op³atach za prace publikowane w Postêpach Mikrobiologii

Uprzejmie informujemy PT Autorów PM, ¿e zgodnie z decyzj¹ Zarz¹du G³ównego Polskiego Towarzystwa Mikrobiologów z dnia 6 lutego 2007 roku wprowadzono zasady p³atnoœci za prace przyjmowane do druku w naszym piœmie. Autorzy manuskryp- tów proszeni s¹ o wnoszenie op³at w wysokoœci 250 PLN za ka¿dy artyku³ na konto Polskiego Towarzystwa Mikrobiologów:

Bank Pekao S.A. 18 1240 5992 1111 0000 4774 7434.

Op³atê mo¿na wnosiæ indywidualnie. W tym przypadku dowód wp³aty jest warunkiem uruchomienia procedury wydawniczej. W imieniu Autorów op³atê mo¿e wnosiæ sponsoruj¹ca instytucja, fundacja itp. Wtedy Autorzy zobowi¹zani s¹ do z³o¿enia w Redakcji wraz z manuskryptem pisemnego zobowi¹zania siê do bezzw³ocznej op³aty za publikacjê po otrzymaniu faktury VAT oraz niezbêdne do wystawienia faktury VAT dane (NIP, nazwa i adres instytucji lub osoby fizycznej). Do dowodu wp³aty lub zobowi¹zania zap³aty do³¹czaæ informacje zawieraj¹ce tytu³ pracy i nazwisko autora korespon- dencyjnego. Otrzymanie przez Redakcjê pracy wraz z kopi¹ potwierdzenia wp³aty lub zobowi¹zaniem zap³aty jest warunkiem uruchomienia procedury wydawniczej. W przypadku nie przyjêcia przez Redakcjê do druku pracy zwrot op³aty wraz z korekt¹ faktury dokonany bêdzie przez ksiê- gowoœæ PTM. 132 ZOFIA ZWOLSKA Spis treœci

M. Kizerwetter-Œwida, M. Binek – Zatrucie jadem kie³basianym – problem wci¹¿ aktualny ...... 75 A. S³oñska, D. Klimuszko – Bakteriocyny probiotycznych pa³eczek z rodzaju Lactobacillus ...... 87 K. Karabin, E. Chudzik, T. Dzieci¹tkowski – Zaka¿enia alfaherpeswiru- sami u osób z upoœledzeniem odpornoœci ...... 97 K.I. Wolska, A.M. Grudniak, A. Kraczkiewicz-Dowjat, A. Kurek – Ró¿norodne funkcje wybranych pigmentów bakteryjnych ...... 105 D. Plewik, M. Kozio³-Montewka – Udzia³ Toll-like receptorów w zaka¿eniach grzybiczych ...... 115 A.M. Olender – Mechanizmy opornoœci na antybiotyki wykrywane u bakterii z rodzaju Corynebacterium ...... 119 INFORMAJE, KOMUNIKATY, RECENZJE ...... 129

Contents

M. Kizerwetter-Œwida, M. Binek – Clostridium botulinum toxicosis – still a serious problem ...... 75 A. S³oñska, D. Klimuszko – Bacteriocins produced by probiotic rods of the genus Lactobacillus ...... 87 K. Karabin, E. Chudzik, T. Dzieci¹tkowski – Alphaherpesviral infections in patients with immunological disorders ...... 97 K.I. Wolska, A.M. Grudniak, A. Kraczkiewicz-Dowjat, A. Kurek – Various functions of selected bacterial pigments ...... 105 D. Plewik, M. Kozio³-Montewka – Toll-like receptors participation in fungal infections ...... 115 A.M. Olender – Mechanisms of resistance to antibiotics in the species of the genus Corynebacterium ...... 119 INFORMATION, NEW REPORTS, BOOKS REVIEWS ...... 129