Zakażenia chlamydialne jako interdyscyplinarny problem kliniczny. Rys historyczny, mikrobiologia, immunologia

Zakażenia Ch. trachomatis są najbardziej rozpowszechnionymi infekcjami bakteryjnymi transmitowanymi drogą płciową.

Zakażenia chlamydialne stanowią poważny problem kliniczny dla lekarzy wielu gałęzi medycyny, takich jak dermatologia i wenerologia, okulistyka, ginekologia i położnictwo, reumatologia i inne. Infekcje chlamydialne są niezwykle ważkim problemem, nie tylko z powodu wielości i różnorodności powodowanych przez nie chorób z zakresu różnych dziedzin medycyny, ale i także z powodu dużego odsetka populacji światowej cierpiącego z ich powodu, tudzież narażonego na nie. Światowa organizacja Zdrowia (WHO) podaje, iż corocznie na choroby o etiologii chlamydialnej zapada 90 mln osób, tak duża liczba zdiagnozowanych przypadków powoduje ogromne medyczne i socjoekonomiczne problemy. (1).

W skali światowej chorobotwórczość chlamydii ma ważne znaczenie, zatem zapobieganie i leczenie chorób o tej etiologii ma znaczenie niebagatelne.

Pierwsze wzmianki o chorobach spowodowanych chlamydiami pochodzą ze starożytności, papirus Ebersa z ok. 1500 r. p. n. e. opisuje chorobę przypominającą jaglicę. (2, 3). Chorobę określili starożytni Rzymianie, a opisy zapalenia cewki moczowej były opisywane w Starym Testamencie. Pierwsze mikrobiologiczne badania przypadają na pocz. XX w. W 1907 r. Halberstaedter i Prowazek odkryli czynnik etiologiczny jaglicy. W komórkach zainfekowanych zauważyli charakterystyczne wtręty, interpretując je jako pierwotniaki. Podobne wtręty wykryto 2 lata później w wymazach ze spojówek chorych na zapalenie spojówek noworodków oraz u ich rodziców, w wymazach z dróg moczowo-płciowych pacjentów cierpiących na zapalenie szyjki macicy lub też cewki moczowej. Niedługo po tym zakwalifikowano ziarnicę weneryczną pachwin jako chorobę weneryczną oraz podano jej dokładny opis. W roku 1930 Bedson wyizolował czynnik etiologiczny papuzicy – C. psittaci oraz opisał jej cykl rozwojowy. Po wyizolowaniu czynnika etiologicznego ziarnicy wenerycznej pachwin u myszy dostrzeżono podobieństwo cykli rozwojowych czynników etiologicznych ziarnicy wenerycznej i papuzicy. Po wprowadzeniu w 1942 r. penicyliny do leczenia zapaleń cewki moczowej zauważono, iż część z nich jest oporna na leczenie. Nazwano je nierzeżączkowym zapaleniem cewki moczowej. Postęp w dziedzinie diagnostyki zakażeń chlamydialnych przyniosło w 1957 r. wprowadzenie metody hodowli w woreczkach żółtkowych zarodków kurzych oraz izolacja czynnika etiologicznego jaglicy – Ch. trachomatis. Dwa lata później dokonano izolacji szczepów okulogenitalnych z układu moczowo-płciowego. Do diagnostyki zakażeń w połowie lat 60. wprowadzono metody hodowli na komórkach McCoya. Lata 70. przyniosły wiele odkryć: wprowadzono techniki mikroimmunofluorescencji umożliwiające wykrycie serotypów Ch. trachomatis, powiązano choroby tj.: przewlekłe zapalenie gruczołu krokowego, ostre zapalenie najądrzy, ostre zapalenie jajowodów z zakażeniami chlamydialnymi. Udoskonalono także metodę hodowli komórkowej i opracowana została modyfikacja wg Ripa i Mardha. Zastosowano metody immunoenzymatyczne do wykrywania swoistych przeciwciał anty- Ch. trachomatis. Powszechnienie zaczęto używać zamiast hodowli w woreczkach żółtkowych zarodków kurzych, hodowlę tkankową (TC – tissue culture). (4). W latach 80. wprowadzono do diagnostyki metody immunofluorescencji bezpośredniej z zastosowaniem wysoko swoistych przeciwciał monoklonalnych i metody immunoenzymatycznej do wykrywania antygenu Ch. trachomatis. Badacze z Bristolu wykazali, iż bezpośrednia immunofluorescencja charakteryzuje się 90% wrażliwością oraz 97% specyficznością. (5). Wyizolowano Ch. trachomatis z materiału z biopsji jądra niepłodnego mężczyzny z leukospermią, dokonano izolacji tejże bakterii także z płynu owodniowego u kobiety w 35 tyg. ciąży oraz wprowadzono szybsze metody wykrywania Ch. trachomatis. Lata 90. przyniosły opis nowych chorób, tudzież zespołów chorobowych powiązanych z Ch. trachomatis, tj.: zespół śródmiąższowego zapalenia kanalików nerkowych i jagodówki, zespół nagłej śmierci noworodków, zapalenie ucha środkowego. Odkryto nowe serotypy Ch. trachomatis. Wprowadzono do diagnostyki metody molekularne, tj. PCR i LCR, umożliwiające dużą czułość i swoistość. Odkryto chlamydiowe białko szoku cieplnego C-HSP60 i wykazano jego rolę w jaglicy oraz w niepłodności.

Chlamydie to gram-ujemne eubakterie. Wyróżniamy gatunki patogenne dla człowieka ( Ch. trachomatis oraz Ch. psittaci) oraz gatunki patogenne dla zwierząt (np. Ch. pecorum stwierdzana u koni). Powodują wiele schorzeń o różnym charakterze i różnym nasileniu u ok. 65 gatunków ssaków oraz u wielu gatunków ptaków. Odróżnia je specyficzny cykl rozwojowy, współistnieją w nim dwie formy morfologiczne: ciałko elementarne – zewnątrzkomórkowa, nieaktywna metabolicznie, oraz ciałko siateczkowate – forma wewnątrzkomórkowa, rozmnażająca się. (6). Drobnoustroje korzystają z produktów wysokoenergetycznych gospodarza znajdujących się w cytoplazmie jego komórek, tworząc przy tym charakterystyczne wtręty wewnątrzplazmatyczne. Przyczyniają się głównie do zakażeń narządu wzroku, dróg oddechowych oraz układu moczowo-płciowego.

Jak zostało to zauważone dwa gatunki są dla człowieka niezwykle patogenne: Ch. psittaci powodująca ornitozę ( psittacosis) oraz Ch. trachomatis odpowiedzialna za: ziarnicę weneryczną pachwin (LGV), jaglicę ( trachoma), wtrętowe zapalenie spojówek, zapalenie płuc noworodków, zapalenie najądrzy ( epididymitis), zapalenie cewki moczowej ( urethritis), zapalenie szyjki macicy ( cervicitis), zapalenie miednicy małej oraz inne pokrewne jednostki chorobowe. Warto zwrócić uwagę, iż pierwszy gatunek powoduje zoonozy, drugi natomiast traktuje organizm człowieka jako jedynego gospodarza.

Chlamydie są obligatoryjnymi wewnątrzkomórkowymi bakteriami, niepotrafiącymi wytwarzać ATP, wrażliwymi na tetracyklinę (7), namnażającymi się poprzez podział prokariotyczny, nieznacznie różniący się od eukariotycznej mitozy. Organizmy te zawierają zarówno DNA oraz RNA. Są podatne na wiele antybiotyków.

Chlamydie posiadają cechy charakterystyczne zarówno dla wirusów, jak i bakterii, co utrudniało początkowo prawidłowe określenie ich przynależności taksonomicznej. Unikatowy cykl rozwojowy chlamydii oraz pewne podobieństwa do wirusów odróżniają je od typowych przedstawicieli królestwa Eubacteria. Do tych właściwości przynależą: niewielkie rozmiary tych organizmów (ok. 0,2-1,3 μm), niemożność endogennego wytwarzania energii metabolicznej, a także cykl rozwojowy odbywający się obligatoryjnie wewnątrz komórki gospodarza, odbywający się z wytwarzaniem charakterystycznych inkluzji. Od wirusów odróżniają je cechy klasyfikujące je ostatecznie w świecie bakterii: rozmnażanie poprzez podział podwójny ( binary fission), zawartość DNA i RNA, ściana komórkowa o cechach zbliżonych do bakterii Gram-ujemnych, kształt ziarenkowaty komórki, podatność na działanie niektórych antybiotyków. Cykl rozwojowy chlamydii jest unikalny nie tylko dlatego, iż ma charakter kilkuetapowy, ale także z powodu istnienia dwóch form metabolicznych – ciałka elementarnego ( elementary body, EB), oraz ciałka siateczkowatego ( reticular body, RB). Ciałko elementarne posiadające średnicę 0,2-04 μm, ziarenkowaty kształt i dużą gęstość elektronową stanowi nieaktywną metabolicznie, niemogącą rozmnażać się formę zakaźną. Posiada ono grubą, pozbawioną peptydoglikanu ścianę komórkową o cechach przypominających ścianę bakterii Gram-ujemnych, składającą się z: warstwy zewnętrznej, bogatej w cysteinowe mostki dwusiarczkowe, oraz wewnętrznej. Dzięki obecności hemaglutyniny ułatwiającej adhezję komórkową oraz wnikanie do komórki gospodarza, występuje wysoka zakaźność ciałka elementarnego. Związek EB z toksycznością (8) wywoływaną przez chlamydie zauważono już prawie 60 lat temu, mimo że nie wykryto wówczas toksyny. W genomie składającym się z ok. 600 jednostek kodujących różne białka znaleziono także geny odpowiedzialne za produkcję substancji toksycznych ( toxin-like genes). (9). Ciałko siateczkowate to – zdolna do rozmnażania się, niezakaźna, aktywna metabolicznie forma występująca tylko wewnątrz komórek gospodarza. Posiada owalny kształt osiąga wielkość rzędu 0,8-1,3 μm. Wykazano brak hemaglutyniny w jego cienkiej błonie komórkowej o dużej przepuszczalności.

Cykl rozwojowy, trwający 24-48 godz., rozpoczyna się: endocytozą ciałka elementarnego z komórką gospodarza, krytycznym momentem zarówno dla chlamydii, jak i komórek gospodarza w cyklu jest proces wnikania czynnika zakaźnego do komórki. (6). Dokładne mechanizmy molekularne tego zjawiska nie zostały poznane, istnieją jednak pewne drobne przesłanki, by podejrzewać, iż proces ten odgrywa istotną rolę w rozwoju bakterii. (10). Jest on związany z aktywnością białek adhezji błonowej MOMP (główne białko błony zewnętrznej major outer membrane protein). (11). Okazuje się, iż to białko o typie białka szoku cieplnego jest niezmiernie istotne dla opracowania szczepionki przeciwko chorobom o etiologii chlamydialnej. (12). MOMP to białko powierzchniowe składające się z czterech symetrycznie umiejscowionych regionów. (13). Proces ten i jego odmienność od zachodzących per anallogiam procesów wnikania innych bakterii do komórek gospodarza świadczą niewątpliwie o ich dalekim pokrewieństwie z chlamydiami, będącym wynikiem relatywnie wczesnego rozejścia się linii rozwojowych chlamydii oraz innych eubakterii w procesie ich filogenezy. Wyróżnia się bezspornie dwie cechy dotyczące wnikania ciałka elementarnego. Po pierwsze: chlamydie wnikają do komórek zazwyczaj niedokonujących aktywnej fagocytozy, po drugie: zakończenie tego procesu następuje w wyniku pojawienia się wtrętów wewnątrzcytoplazmatycznych wytworzonych przez te bakterie. Powstały wtręt powoduje peryferyjne ustawienie jądra komórkowego, a błona go otaczająca pochodzi z błony komórkowej. Następnie ciałko elementarne ( elementary body = EB) po około ośmiu godzinach przekształca się w ciałko siateczkowate ( reticular body = RB), które namnaża się, po czym RB ulegają przemianie w EB, w czasie której zachodzą znaczące zmiany (dekondensacja chromosomu, zmiana proporcji kwasów nukleinowych w komórce, zwiększenie liczby i rozmiarów rybosomów oraz zredukowanie mostków dwusiarczkowych prowadzące do modyfikacji struktur białek błony zewnętrznej). Po 20 godzinach cyklu wtręt cytoplazmatyczny tworzą niemalże same RB. RB ulegają następnie zmianom jakościowym (zmniejszenie rozmiaru, kondensacja materiału genetycznego, polaryzacja MOMP skutkująca powstaniem sztywnej ściany komórkowej) prowadzące do wytworzenia ciałek elementarnych. Pod koniec cyklu można w komórkach zauważyć wtręty stanowiące nawet 3/4 objętości komórki, zawierające od 50-1000 EB o zdolności infekowania komórek gospodarza. Mogą one zostać uwolnione poprzez śmierć, lizę, tudzież egzocytozę.

Formy zakażenia mogą przybierać skąpoobjawową lub bezobjawową postać, za co odpowiedzialna jest wewnątrzkomórkowa egzystencja tych bakterii. Liczne badania wykazały długo utrzymujące się zakażenia chlamydialne. Ogromną rolę odgrywa IFN-γ. (14). Wysoki poziom IFN-γ hamuje rozwój bakterii, zaś niskie stężenie jest przyczyną powstawania innych niezdolnych do infekowania form. Reperkusjami przewlekłego utajonego zakażenia są trudności zarówno w jego diagnostyce, jak i w leczeniu.

Wszystkie bakterie z rodzaju Chlamydia dzielą wysoce konserwatywne podstawy zachowań niezbędne do pasożytowania wewnątrzkomórkowo, co znaczyłoby, iż chlamydie pozyskały te umiejętności przed dywergencją od jednego, wspólnego przodka. (6, 15).

Obecność infekcji diagnozuje się na podstawie różnych badań. Izolacja bakterii jest niezmiernie trudna. Stosowana antybiotykoterapia u pacjenta, niewłaściwe pobranie materiału czy też niepoprawna interpretacja obrazu mikroskopowego mogą dawać fałszywie ujemne wyniki. Obecnie wśród badaczy dominuje pogląd, iż metody izolowania Ch. trachomatis drogą hodowli komórkowej są znacznie mniej czułe niż nowe metody, oparte na biologii molekularnej. Zastosowanie metod badających przeciwciała monoklonalne wykazuje większą czułość niż stosowanie poliklonalnych. Wprowadzono metody związane z wytwarzaniem przeciwciał: test DIF ( direct immunofluorescence – test bezpośredniej immunofluorescencji), test EIA (enzyme immunoassay) test ELISA (test immunoenzymatyczny). Do testów związanych z wykrywaniem kwasów nukleinowych zaliczamy: NAAT ( nucleic acid amplification test), PCR ( polymerase chain reaction). Te oraz inne metody amplifikacji kwasów nukleinowych umożliwiają bezpośrednią detekcję kwasów nukleinowych bakterii, co pozwala na wyeliminowanie niekorzystnego zjawiska okienka serologicznego. (16).

W rodzaju Chlamydia da się zauważyć cztery różne rodzaje antygenów swoisty grupowo (rodzajowo), gatunkowo, serotypowo i podgatunkowo. Pierwszy z nich poznany jest najlepiej. Kompleks ten składający się z dwóch komponentów występuje na powierzchni EB i RB w czasie całego cyklu rozwojowego. Antygeny swoiste gatunkowo, związane z białkami, tj. MOMP, różnią się masą w zależności od serotypu. (9). Badania nad tym białkiem powierzchniowym, które miały prowadzić do opracowania szczepionki, nie przyniosły pożądanych rezultatów. Niewiadomo dlaczego białko MOMP użyte jako szczepionka jest nieskuteczne. (13). Antygeny swoiste typowo tworzą polipeptydy o masie nieprzekraczającej 30 kDa. Ostatni rodzaj to antygeny swoiste podgatunkowo, na podstawie testu MIF (odczyn mikroimmunofluorescencji) określono następujące serotypy: grupa B: B, Ba, D, Da, E, L₁, L₂; grupa C: A, C, I, Ia, J, H. Niektórzy autorzy tworzą trzecią – pośrednią grupę, w której znajdują się serotypy F, G, K, L₃. (17).

Istnieje 18 serotypów (18), wg niektórych badaczy istnieje ich tylko 15. Można je podzielić w cenzusie typu wywoływanej choroby, i tak: serotypy A, B, Ba, C powodują endemiczną jaglicę; L₁, L₂, L_2a, L₃ – ziarnicę weneryczną pachwin; serotypy D-K ( oculogenital strains) powodują szereg zmian genitalnych, ocznych i innych. (19, 20).

Mechanizmy odporności swoistej, nieswoistej i komórkowej próbują stłumić zakażenie. Podejrzewa się, że powstawaniu komplikacji w przebiegu infekcji sprzyjają reakcje autoimmunologiczne, z racji podobieństwa białek szoku cieplnego chlamydialnego i ludzkiego. (21).

Niektóre badania dowodzą, iż przewlekły stan zapalny, który jest typowy dla chorób powodowanych przez Ch. trachomatis ukazuje typ opóźnionej nadwrażliwości powstającej w wyniku kontaktu z antygenami chlamydiowymi (identyfikacja tych antygenów miała duże znaczenie). Badaczom z Uniwersytetu w Birmingham udało się zidentyfikować dwa różne antygeny. (22).

Badania na myszach pozwalają wyjaśnić zebrane wyniki badań statystycznych dotyczących chorób wywoływanych przez chlamydie, pomagają także zrozumieć silniejsze występowanie określonych serotypów. (20).

Wbrew wcześniejszym badaniom, doświadczenia laboratoryjne na zakażonych myszach wykazały, iż ogromne znaczenie w infekcji, w ciągu całego okresu jej trwania ma IFN-γ. (14).

Badania porównawcze genomu różnych serotypów chlamydiowych wykazały wysokie podobieństwo ich struktury. Znaczącym instrumentarium służącym porównaniu genomów spokrewnionych szczepów i serotypów bakteryjnych jest CGH – porównawcza hybrydyzacja genomowa ( comparative genome hybrydization). (17).