کورینه باکتریوم دیفتری (C. Diphtheriae): زیستگاه، مورفولوژی، ویژگی‌ها و بیماری‌زایی

زیستگاه باکتری دیفتری

• کورینه باکتریوم دیفتری در نازوفارنکس و همچنین در ضایعات پوستی یافت می‌شود. در واقع عاملی برای گسترش دیفتری است.
• همچنین در دهان، گلو، بینی، پوست و از طریق زخم فرد را مبتلا می‌کند.
• حیوانات به راحتی به دیفتری مبتلا نمی‌شوند.
• بیماران تا 3 ماه پس از عفونت حامل ارگانیسم سمی هستند و می‌توانند ناقل بیماری باشند.

مورفولوژی کورینه باکتریوم دیفتری

• کورینه باکتریوم دیفتری باکتری‌های میله‌ای شکل گرم مثبت هستند.
• شکلی گرزمانند دارد.
• به شکل نامنظم پراکنده شده‌اند در یک انتها یا هر دو انتها به آن‌ها ظاهری “گرزمانند” می‌دهد.
• باریک، بلند، خمیده هستند.
• همچنین به عنوان باسیل کلب-لوفلر شناخته می‌شود.
• قطر 3 تا 5 میکرومتر در0.5 تا 0.8 میکرومتر دارد.
• کپسول ندارند.
• فاقد اسپور هستند.
• غیرمتحرک‌اند.
• V یا L شکل هستند.
• پلئومورفیک (چند شکلی با اندازه‌های متغیر) هستند.
• به شکل جفت جفت یا در گروه‌های کوچک، به صورت خوشه ظاهر می‌شود.
• در زوایای مختلف با یکدیگر چیده شده‌اند.
• تشکیل گرانول (گرانول متاکروماتیک) می‌دهند.
• گرانول‌ها محل ذخیره انرژی هستند.
• دیواره سلولی غنی از لیپید حاوی مزودیامینوپیملیک اسید، پلیمرهای آرابینو-گالاکتام و اسید مایکولیک با زنجیره کوتاه است.
• دارای پیلی هستند.
• رنگ آلبرتز و لکه پوندر گرانول‌های متاکروماتیک را نشان می‌دهند که در نواحی قطبی تشکیل شده‌اند.
• لکه آلبرتز سبز رنگ به همراه گرانول‌های متاکروماتیک سیاه مایل به آبی در قطب‌ها دیده می‌شوند.

ژنوم کورینه باکتریوم دیفتری

• حاوی 2389 ژن
• تعداد ژن‌های کد کننده پروتئین: 2272
• دارای 69 ژن RNA ساختاری می‌باشد.
• طول ژنوم: 2488635 نوکلئوتید است.
• 87 درصد آن در حال کد شدن هستند.
• محتوای G+C: 53٪
• بدون پلاسمید هستند.
• شامل بخش‌هاب بیماری‌زا (PAI)

ویژگی‌های کورینه باکتریوم دیفتری روی محیط کشت

• کورینه باکتریوم دیفتری در نوترینت آگار و بلاد آگار در محدوده دمایی مزوفیلیک به خوبی رشد می‌کند. با این حال، در انتریک آگار و آگار مک کانکی رشد صورت نمی‌گیرد.
• کورینه باکتریوم دیفتری در محیط کشت‌هایی رشد می‌کند که حاوی ترکیباتی چون نالیدیکسیک اسید و کولیستین سولفات باشند. درحالیکه این ترکیبات برای باکتری‌های گرم منفی مهارکننده رشد به حساب می‌آیند.
• مانند اکثر کورینه باکتری‌ها، کورینه باکتریوم دیفتری نیز در دمای 37 درجه سانتی‌گراد یا در محدوده دمای مزوفیلیک به خوبی رشد می‌کند.
• برخی از سویه‌های C. Diphtheriae بی‌هوازی اختیاری هستند و در جوی غنی از CO2 به خوبی رشد می‌کنند.
• مهم‌ترین محیط کشت مورد استفاده برای C. Diphtheriae, Blood Agar sheep (SBA) است. سایر محیط کشت‌های مورد استفاده شامل سیستین-تلوریت بلاد آگار (CTBA) یا محیط کشت تازه تهیه شده Tinsdale می‌باشد.
• تلوریت موجود در محیط، رشد سایر گونه‌های غیر کورینه باکتریوم را مهار می‌کند، اما برخی از سویه‌های C. Diphtheriae به تلوریت پتاسیم حساس هستند و به SBA آگار نیاز دارند.
• برای کشت مستقیم کورینه باکتریوم دیفتری، محیط تینسدال Tinsdale بهترین محیط کشت می‌باشد، اما این محیط ماندگاری کوتاهی دارد.
• شناسایی کورینه باکتریوم دیفتری در محیط Tinsdale امری کارامد است زیرا این باکتری هر دو فعالیت تلوریت ردوکتاز و سیستیناز را نشان می‌دهد.
• کورینه باکتریوم دیفتری متعلق به دومین گروه از ارگانیسم‌های خطرناک است. در برخی موارد به دلیل تولید آئروسل، می‌توان آن را جزو گروه ۳ به حساب آورد.
• رشد در محیط‌های مبتنی بر سرم مانند مایل‌های لوفلر، کلنی‌هایی با میله‌های پلئومورفیک ایجاد می‌کند. برخی از آن‌ها ممکن است به شکل چماق باشند. سلول‌ها می‌توانند به دلیل گرانول‌های پلی فسفات انتهایی مایل به قرمز یا متمایل به بنفش، ظاهر مهره‌ای داشته باشند.

اعضای C. Diphtheriae بر اساس مورفولوژی کلنی خود در محیط‌های مختلف آگار به چهار بیوتیپ مختلف تقسیم می‌شوند.

موارد زیر، برخی از ویژگی‌های کورینه باکتریوم دیفتری در محیط کشت‌های مختلف آورده شده است:

1. محیط تلوریت

• مورفولوژی کلنی بیوتیپ‌های مختلف کورینه باکتریوم دیفتری در محیط تلوریت می‌تواند متفاوت باشد.
• بیووار گراویس بیوتیپ کورینه باکتریوم دیفتری کلنی‌های مات و خاکستری رنگی را تشکیل می‌دهد که قطر متوسط ​​آن‌ها 2 میلی‌متر است. سطح کلنی‌ها مات و شکننده است، در صورت لمس کردن به قطعات کوچکی می‌شکند.
• Biovar mitis بیوتیپ C. Diphtheriae کلنی‌های خاکستری یا سیاه مات با قطری بین 1.5-2 میلی‌تر ایجاد می‌کند. کلنی‌ها دارای سطح صاف براق هستند. تنوع در اندازه در این بیوتیپ رایج است.
• C. Diphtheriae biotype biovar intermedius کلنی‌های براق خاکستری کوچکی را تشکیل میدهند که اندازه نسبتاً کوچک‌تری دارند (قطر 0.5-1.0 میلی‌متر). کلنی‌ها سطحی گسسته و شفاف دارند.
• بیووار بلفانتی بیوتیپ C. Diphtheriae کلنی‌های خاکستری یا سیاه رنگ با قطر 1.5-2.0 میلی‌متر تولید می‌کند. کلنی‌ها دارای سطح صاف و براق هستند.
• کلنی‌های سیاه رنگ کورینه باکتریوم دیفتری روی تلوریت آگار به دلیل فعالیت تلوریت ردوکتاز باکتری است. علاوه بر این، همچنین می‌توانند یک هاله قهوه‌ای در اطراف مستعمرات به دلیل فعالیت سیستیناز ایجاد کنند.

2. بلاد آگار گوسفندی

• کلنی‌های کوچک خاکستری تا سیاه رنگ بر روی بلاد آگار مشاهده می‌شود. قطر کلنی‌ها معمولاً بین 1-2 میلی‌متر است.
• کورینه باکتریوم دیفتری فعالیت همولیتیک را روی بلاد آگار نشان می‌دهد که ممکن است در بیوتیپ‌های مختلف متفاوت باشد.
• بیووار گراویس بیوتیپ C. Diphtheriae غیرهمولیتیک است. بنابراین باعث پاکسازی محیط نمی‌شود.
• بقیه سه گونه زیستی Mitis و intermedius و belfanti کلنی‌هایی تولید می‌کنند که ناحیه کوچکی از β-همولیز را در آگار نشان می‌دهند.

بیماری‌زایی کورینه باکتریوم دیفتری

• در طبیعت، دیفتری C در مجاری تنفسی، در زخم‌ها، یا روی پوست افراد آلوده یا ناقلین وجود دارد.
• از طریق قطرات و تماس با افراد مستعد منتقل می‌شود. سپس باسیل‌ها روی غشاهای مخاطی یا در ساییدگی‌های پوست رشد می‌کنند. آن‌هایی که سمی هستند شروع به تولید سم می‌کنند.
• سم دیفتری فاکتور اصلی بیماری‌زایی کورینه باکتریوم دیفتری است و یک پلی‌پپتید با سه دُمین (62 کیلو دالتون) تک زنجیره‌ای حساس به حرارت است‌. این سم می‌تواند در دوز 0.1 میکروگرم بر کیلوگرم وزن بدن کشنده باشد.

• ژن رمزکننده تولید سم که اگزوتوکسین را کد می‌کند، توسط یک باکتریوفاژ لیزوژنیک، بتا فاژ، به سویه‌های Diphtheriae وارد می‌شود.
• دو مرحله پردازش برای فعال شدن محصول ژن ضروری است: (1) برش پروتئولیتیک توالی رهبر از پروتئین Tox در زمان ترشح از سلول باکتری (2) برش مولکول توکسین(سم) به دو پلی‌پپتید (A و B). که توسط یک پیوند دی‌سولفید چسبیده باقی می‌مانند.
• سه ناحیه عملکردی روی مولکول سم وجود دارد: یک منطقه کاتالیزوری در زیر واحد A و یک منطقه اتصال گیرنده و یک منطقه انتقال در زیر واحد B.
• گیرنده سم فاکتور رشد اپیدرمی متصل به هپارین است که در سطح بسیاری از سلول‌های یوکاریوتی، به ویژه سلول‌های قلب و عصبی وجود دارد.
• اتصال گیرنده به پروتئین‌های غشای سلول میزبان CD-9 و فاکتور رشد اپیدرمی اتصال‌دهنده به هپارین (HB-EGF) باعث ورود سم به سلول از طریق اندوسیتوز با واسطه گیرنده می‌شود.
• اسیدی شدن محیط انتقال درون یک آندوزوم در حال توسعه منجر به ایجاد یک کانال پروتئینی می‌شود که حرکت قطعه A را به داخل سیتوپلاسم سلول میزبان تسهیل می‌کند.
• سپس زیرواحد A سنتز پروتئین سلول میزبان را با غیرفعال کردن فاکتور افزایش طول 2 (EF-2) که برای انتقال RNA پلی‌پپتیدیل انتقالی از گیرنده به محل دهنده در ریبوزوم یوکاریوتی مورد نیاز است، پایان می‌دهد.
• قطعه A سم، با کاتالیز کردن واکنشی که نیکوتین آمید آزاد به همراه یک کمپلکس غیرفعال آدنوزین دی فسفات-ریبوز-EF-2 (ADP-ریبوزیلاسیون) تولید می‌کند، EF-2 را غیرفعال می‌کند.
• از آنجایی که گردش EF-2 بسیار کند است و تقریباً تنها یک مولکول در هر ریبوزوم سلول وجود دارد، تخمین زده شده است که یک مولکول اگزوتوکسین می‌تواند کل محتوای EF-2 را در یک سلول غیرفعال کند. بنابراین سنتز پروتئین سلول میزبان را به طور کامل خاتمه می‌یابد.
• فرض بر این است که توقف ناگهانی سنتز پروتئین مسئول اثرات نکروز و سم دیفتری است.
• سنتز توکسین توسط دیفتری‌های C لیزوژن شده توسط یک عنصر کروموزومی کدگذاری شده تنظیم می‌شود. سرکوب کننده سم دیفتری (DTxR) که در حضور غلظت‌های بالای آهن فعال می‌شود، می‌تواند به اپراتور ژن سم متصل شود و از تولید سم جلوگیری کند.
• غلظت کم آهن و سایر عوامل مانند اسمولاریته، غلظت اسید آمینه و pH تولید سم را افزایش می‌دهد.

تظاهرات بالینی کورینه باکتریوم دیفتری

دیفتری تنفسی

• سم دیفتری در غشاهای مخاطی جذب می‌شود و باعث تخریب اپیتلیوم و پاسخ التهابی سطحی می‌شود.
• علائم دیفتری در مجاری تنفسی پس از 2 تا 4 روز دوره کمون ایجاد می‌شود.
• ارگانیسم‌ها به صورت موضعی روی سلول‌های اپیتلیال در حلق تکثیر می‌شوند و در ابتدا در نتیجه فعالیت اگزوتوکسین باعث آسیب موضعی می‌شوند.
• شروع ناگهانی، با کسالت، گلودرد، فارنژیت اگزوداتیو و تب خفیف است.
• اگزودا(ترشحات التهابی) به یک غشای کاذب ضخیم متشکل از باکتری‌ها، لنفوسیت‌ها، سلول‌های پلاسما، فیبرین و سلول‌های مرده تبدیل می‌شود که می‌تواند لوزه‌ها، یووولا و کام را بپوشاند.
• همچنین می‌تواند به سمت نازوفارنکس یا حتی حنجره گسترش یابد.
• غدد لنفاوی موجود درناحیه‌ گردن می‌توانند ادمی را در کل گردن ایجاد کنند‌. این عارضه می‌تواند با تغییر شکل راه‌های هوایی همراه باشد  که اغلب از نظر بالینی به آن «bull neck» می‌گویند.
• در بیماران بدحال، عوارض قلبی (نکروز ماهیچه‌های قلب) و عوارض عصبی (دمیلناسیون) بیشترین اهمیت را دارد.
• نوروتوکسیس بستگی به شدت بیماری دارد. همچنین تحت تأثیر سیستم ایمنی بیمار نیز می‌باشد.
• اکثر بیماران مبتلا به بیماری حاد اولیه دچار نوروپاتی می‌شوند. در ابتدا در کام و حلق به صورت موضعی و بعداً با فلج چشمی و مژگانی همراه است و به التهاب محیطی ختم می‌شود.

دیفتری جلدی

• دیفتری جلدی از طریق تماس پوستی با سایر افراد آلوده منتقل می‌شود.
• ارگانیسم، پوست را کلونیزه می‌کند و از طریق شکاف‌های پوستی وارد بافت زیرجلدی می‌شود.
• ابتدا یک پاپول ایجاد می‌شود و سپس به یک زخم مزمن تبدیل می‌گردد. گاهی اوقات با یک غشای خاکستری پوشیده می‌شود.
• می‌تواند علائم سیستمیک ایجاد شود.

تشخیص آزمایشگاهی کورینه باکتریوم دیفتری

نمونه

• سواب داکرون از بینی، گلو یا سایر مناطق مشکوک. این کار باید قبل از تجویز داروهای ضدمیکروبی انجام شود.
• سواب باید از زیر هر غشای قابل مشاهده جمع‌آوری شوند.
• همچنین باید به محیط‌های نیمه جامد مانند Amies منتقل شود.

میکروسکوپ

• اسمیرهای رنگ آمیزی شده با رنگ متیلن آبی قلیایی یا رنگ آمیزی گرم، میله‌های مهره‌مانند را در آرایش معمولی نشان می‌دهد.
• سلول‌ها اغلب حاوی گرانول‌های متاکروماتیک (پلی متافسفات) هستند که با متیلن آبی به رنگ آبی مایل به ارغوانی رنگ می‌شوند.
• در رنگ‌آمیزی گرم، میله‌های بنفش، آرایش‌های زاویه‌داردیده می‌شود که جلوه‌ای شبیه به خط چینی ایجاد می‌کند.

محیط کشت

نمونه‌ها باید در یک پلیت بلاد آگار و یک محیط انتخابی مانند یک پلیت تلوریت (مانند: سیستین-تلوریت بلاد آگار [CTBA] یا محیط Tinsdale اصلاح شده) تلقیح شده و در دمای 37 درجه سانتی‌گراد در 5٪ CO2 انکوبه شوند.

ناحیه غیرهمولیتیک بتا روی بلاد آگار

تلوریت رشد بیشتر باکتری‌های دستگاه تنفسی فوقانی و میله‌ای گرم منفی را مهار می‌کند و توسط C. Diphtheriae کاهش می‌یابد. رنگ مشخصه خاکستری تا سیاه را در آگار ایجاد می‌کند.

تخریب سیستئین توسط فعالیت سیستئیناز

کورینه باکتریوم دیفتری باعث ایجاد هاله قهوه‌ای در اطراف کلنی‌ها می‌شود.

محیط Tinsdale بهترین محیط برای بازیابی کورینه باکتریوم دیفتری در نمونه‌های بالینی است، اما ماندگاری کوتاهی دارد و نیاز به افزودن سرم اسب دارد.

آزمایشات بیوشیمیایی

• کاتالاز – مثبت
• اکسیداز – منفی
• تولید سیستیناز – مثبت
• فعالیت پیرازین آمیداز – مثبت

تخمیر کربوهیدرات

• گلوکز – مثبت
• مالتوز – مثبت
• ساکارز – منفی
• ترهالوز – منفی
• اوره آز – منفی
• کاهش نیترات – مثبت
• مایع ژلاتین – منفی

تست توکسیسیتی

• تمام بخش‌های کورینه باکتریوم دیفتری باید برای تولید اگزوتوکسین آزمایش شوند.
• استاندارد طلایی برای تشخیص توکسین دیفتری، سنجش ایمونودیفیوژن آزمایشگاهی با استفاده از تست ایمونودیفیوژن Elek-Ouchterlony است.
• یک روش جایگزین، تشخیص ژن اگزوتوکسین با استفاده از روش تکثیر اسید نوکلئیک مبتنی بر واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) است.
• این آزمایش می‌تواند ژن تولیدکننده سم را از نظر بالینی و مستقیماً در نمونه‌های بالینی (مانند سواب‌هایی از غشای دیفتریتی یا مواد بیوپسی) تشخیص دهد.
• نتیجه کشت مثبت، آزمایش PCR مثبت را تایید می‌کند.
• نتیجه کشت منفی پس از درمان آنتی‌بیوتیکی همراه با نتیجه مثبت آزمایش PCR نشان می‌دهد که بیمار احتمالاً دیفتری دارد.
• اگرچه این آزمایش سریع و اختصاصی است، اما سویه‌هایی که ژن این سم در آن‌ها بیان نمی‌شود، می‌توانند سیگنال مثبتی بدهند.
• سنجش‌های ایمونوسوربنت مرتبط با آنزیم را می‌توان برای شناسایی سم دیفتری از اجزای بالینی دیفتری C استفاده کرد.
• آزمایش نوار ایمونوکروماتوگرافیک امکان تشخیص سم دیفتری را در عرض چند ساعت فراهم می‌کند.
• با این حال ELISA و روش ایمونوکروماتوگرافی به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

شناسایی آنتی‌بادی

اندازه‌گیری آنتی‌بادی‌های سم دیفتری در سرم جمع‌آوری‌شده قبل از تجویز آنتی‌توکسین می‌تواند زمانی که کشت‌ها منفی هستند، به تشخیص کمک کند.

درمان کورینه باکتریوم دیفتری

• تجویز زودهنگام آنتی‌توکسین اختصاصی در برابر سم تشکیل شده توسط ارگانیسم‌ها در محل ورود و تکثیر آن‌ها به سرعت انجام می‌شود.
• آنتی‌توکسین باید همان روز تشخیص بالینی دیفتری، به صورت داخل وریدی داده شود و نیازی به تکرار نیست.
• در موارد خفیف ممکن است از تزریق عضلانی استفاده شود.
• آنتی‌توکسین دیفتری فقط سم در گردشی را که به بافت متصل نیست خنثی می‌کند.
• داروهای ضد‌میکروبی (پنی سیلین، ماکرولیدها) رشد باسیل‌های دیفتری را مهار می‌کنند.
• اگرچه این داروها عملاً هیچ تأثیری بر روند بیماری ندارند، تولید سم را متوقف کرده و به بهداشت عمومی کمک می‌کنند.
• اریترومایسین می‌تواند برای از بین بردن باسیل‌ها از گلو به پنی سیلین ترجیح داده شود، به ویژه در درمان ناقلان پایدار.
• برخی از سویه‌ها نسبت به عمل باکتری‌کشی پنی‌سیلین‌ها متحمل هستند و درمان عفونت‌های پیچیده باید حاوی آمینوگلیکوزید باشد.
• بیماران باید به صودت جدی قرنطینه باشند. آن‌ها می‌بایست توسط افراد باسابقه به صورت روزانه تحت شمارش پلاکت و الکتروکاردیوگرافی، قرار گیرند.

پیشگیری و کنترل کورینه باکتریوم دیفتری

• فعال کردن سیستم در دوران کودکی با واکسن دیفتری که سطوح آنتی‌توکسینی را به همراه دارد و عموماً تا بزرگسالی کافی است.
• توکسوئیدهای دیفتری معمولاً با توکسوئید کزاز (Td) و با واکسن سلولی سیاه سرفه (DaPT) به عنوان یک تزریق منفرد برای ایمن سازی اولیه کودکان (سه دوز در سال اول زندگی، 15 تا 18 ماهگی و 4 تا6 سالگی) ترکیب می‌شوند.
• به بزرگسالان جوان باید دوز تقویت‌کننده توکسوئید داده شود. چراکه باسیل‌های سمی دیفتری به اندازه کافی در جمعیت شیوع ندارند.
• سطوح آنتی‌توکسین با گذشت زمان کاهش می‌یابد و بسیاری از افراد مسن مقادیر کافی آنتی‌توکسین در گردش را برای محافظت در برابر دیفتری ندارند.
• هدف اصلی پیشگیری، محدود کردن توزیع باسیل‌های سمی دیفتری در جمعیت و حفظ سطح بالایی از ایمن‌سازی فعال است.
• استراحت و بستری شدن، قرنطینه شدن برای جلوگیری از گسترش ثانویه و مراقبت ازمجاری هوایی در بیماران مبتلا به دیفتری تنفسی حائز اهمیت است.

همچنین بخوانید:

• بورخولدریا پسومالئی (Burkholderia pseudomallei) چیست؟ زیستگاه، مورفولوژی، ویژگی ها و پاتوژنز
• کاندیدا تروپیکالیس: زیستگاه، مورفولوژی، پاتوژنز و تشخیص
• گاردنرلا واژینالیس: زیستگاه و مورفولوژی
• لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس چیست؟ زیستگاه، ویژگی‌ها و مورفولوژی

مترجم: شقایق مرتاضی

منبع