Neisseria gonorrhoeae

Neisseria gonorrhoeae
	Gram-färgning av gonokockuretrit . Notera fördelning i neutrofiler och närvaro av både intracellulära och extracellulära bakterier. ( CDC )
Vetenskaplig klassificering
Domän:	Bakterie
Provins:	Pseudomonadota
Klass:	Betaproteobakterier
Beställa:	Neisseriales
Familj:	Neisseriaceae
Släkte:	Neisseria
Arter:	N. gonorrhoeae
Binomialt namn
	Neisseria gonorrhoeae; ( Zopf 1885) Trevisan 1885
Synonymer
	Micrococcus der Gonorrhoe Neisser 1879 ; Gonococcus neisseri Lindau 1898 ;

Neisseria gonorrhoeae , även känd som gonococcus (singular), eller gonococci (plural), är en art av gramnegativa diplococci - bakterier som isolerades av Albert Neisser 1879. Den orsakar den sexuellt överförbara genitourinary infektionen gonorré såväl som andra former av gonokocker, inklusive gonokocker. spridd gonococcemia, septisk artrit och gonococcal ophthalmia neonatorum.

Det är oxidaspositivt och aerobt, och det överlever fagocytos och växer inuti neutrofiler . Att odla den kräver koldioxidtillskott och berikad agar ( chokladagar ) med olika antibiotika ( Thayer–Martin ) . Det uppvisar antigen variation genom genetisk rekombination av dess pili och ytproteiner som interagerar med immunsystemet .

Sexuell överföring sker genom vaginalt, analt eller oralsex. Sexuell överföring kan förhindras genom användning av barriärskydd. Perinatal överföring kan inträffa under förlossningen och kan förhindras genom antibiotikabehandling av modern före födseln och applicering av antibiotisk ögongel på den nyföddas ögon. Efter en episod av gonokockinfektion utvecklar infekterade personer inte immunitet mot framtida infektioner. Återinfektion är möjlig på grund av N. gonorrhoeaes förmåga att undvika immunförsvaret genom att variera dess ytproteiner.

N. gonorrhoeae kan orsaka infektion i könsorganen, halsen och ögonen. Asymtomatisk infektion är vanlig hos män och kvinnor. Obehandlad infektion kan spridas till resten av kroppen (spridd gonorréinfektion), särskilt lederna (septisk artrit). Obehandlad infektion hos kvinnor kan orsaka bäckeninflammatorisk sjukdom och möjlig infertilitet på grund av den resulterande ärrbildningen. Diagnosen ställs genom odling , gramfärgning eller nukleinsyratester , såsom polymeraskedjereaktion , av ett urinprov, en urethral pinne eller en cervikal pinne. Samtestning av klamydia och testning för andra sexuellt överförbara sjukdomar rekommenderas på grund av höga frekvenser av samtidig infektion.

Antibiotikaresistens hos N. gonorrhoeae är ett växande folkhälsoproblem, särskilt med tanke på dess benägenhet att lätt utveckla resistens.

Mikrobiologi

En gramfärgning av ett urinrörsexsudat som visar typiska intracellulära gramnegativa diplokocker, vilket är diagnostiskt för gonokockuretrit

Neisseria -arter är kräsna , gramnegativa kocker som kräver näringstillskott för att växa i laboratoriekulturer. Neisseria spp. är fakultativt intracellulära och uppträder vanligtvis i par (diplokocker), som liknar formen på kaffebönor. Neisseria är icke-sporbildande, kan röra sig med hjälp av ryckmotilitet , och en obligat aerob (kräver syre för att växa). Av de 11 arter av Neisseria som koloniserar människor är bara två patogener. N. gonorrhoeae är orsaken till gonorré och N. meningitidis är en orsak till bakteriell meningit.

Kultur och identifikation

Thayer-Martin-agar är selektiv för tillväxt av Neisseria -arter. Ytterligare tester (oxidas, gramfärgning, kolhydratanvändning) behövs för att skilja N. gonorrhoeae från N. meningitidis.

Kolhydratanvändning av Neisseria gonorrhoeae : N. gonorrhoeae kommer att oxidera glukos, inte maltos, sackaros eller laktos; N. meningitidis fermenterar glukos och maltos.

N. gonorrhoeae isoleras vanligtvis på Thayer–Martin agar (eller VPN) agar i en atmosfär berikad med 3-7 % koldioxid. Thayer-Martin agar är en chokladagarplatta (uppvärmd blodagar) som innehåller näringsämnen och antimikrobiella medel ( vankomycin , colistin , nystatin och trimetoprim ). Denna agarpreparation underlättar tillväxten av Neisseria -arter samtidigt som den hämmar tillväxten av kontaminerande bakterier och svampar. Martin Lewis och New York City agar är andra typer av selektiv chokladagar som vanligtvis används för Neisseria -tillväxt. N. gonorrhoeae är oxidaspositiv (har cytokrom c-oxidas) och katalaspositiv (kan omvandla väteperoxid till syre). När den inkuberas med kolhydraterna laktos, maltos , sackaros och glukos , kommer N. gonorrhoeae endast att oxidera glukosen.

Ytmolekyler

På sin yta bär N. gonorrhoeae hårliknande pili , ytproteiner med olika funktioner och sockerarter som kallas lipooligosackarider . Pili förmedlar vidhäftning, rörelse och DNA-utbyte. Opa-proteinerna interagerar med immunsystemet, liksom porinerna . Lipooligosackarid (LOS) är ett endotoxin som framkallar ett immunsvar. Alla är antigena och alla uppvisar antigen variation (se nedan). Pili uppvisar mest variation. Pili, Opa-proteiner, poriner och till och med LOS har mekanismer för att hämma immunsvaret, vilket gör asymtomatisk infektion möjlig.

Dynamiska polymera proteinfilament som kallas typ IV pili tillåter N. gonorrhoeae att fästa vid och röra sig längs ytor. För att komma in i värden använder bakterierna pili för att fästa vid och penetrera slemhinneytor. Pili är en nödvändig virulensfaktor för N. gonorrhoeae ; utan dem kan bakterien inte orsaka infektion. För att förflytta sig använder enskilda bakterier sina pili som en gripkrok: först sträcks de ut från cellytan och fäster vid ett substrat . Efterföljande pilusretraktion drar cellen framåt. Den resulterande rörelsen kallas ryckmotilitet. N. gonorrhoeae kan dra 100 000 gånger sin egen vikt, och pili som används för att göra det är bland de starkaste biologiska motorer som är kända hittills och utövar en nanonewton . PilF- och PilT ATPase -proteinerna är ansvariga för att driva förlängningen och retraktionen av typ IV pilus, respektive. De vidhäftande funktionerna hos gonokockpilus spelar en roll i mikrokoloniaggregation och biofilmbildning . Ytproteiner som kallas Opa-proteiner kan användas för att binda till receptorer på immunceller och förhindra ett immunsvar. Minst 12 Opa-proteiner är kända och de många permutationerna av ytproteiner gör det svårare att känna igen N. gonorrhoeae och att bygga upp ett försvar av immunceller.

Lipooligosackarid (LOS) är en lågviktsversion av lipopolysackarid som finns på ytan av de flesta andra gramnegativa bakterier. Det är en sidokedja av socker (sackarid) som är fäst vid lipid A (alltså "lipo-") i det yttre membranet som täcker bakteriens cellvägg. Roten "oligo" syftar på det faktum att det är några sockerarter kortare än den typiska lipopolysackariden. Som ett endotoxin framkallar LOS inflammation. Bakteriernas utsöndring av LOS är ansvarig för lokal skada vid till exempel bäckeninflammatorisk sjukdom. Även om dess huvudsakliga funktion är som ett endotoxin, kan LOS dölja sig med värdsialinsyra och blockera initiering av komplementkaskaden .

Antigen variation

N. gonorrhoeae undviker immunsystemet genom en process som kallas antigen variation . Denna process gör det möjligt för N. gonorrhoeae att rekombinera sina gener och förändra de antigena determinanter (ställen där antikroppar binder), såsom typ IV pili, som pryder dess yta. Enkelt uttryckt ändras den kemiska sammansättningen av molekyler på grund av förändringar på genetisk nivå. N. gonorrhoeae kan variera sammansättningen av dess pili, och LOS; av dessa uppvisar pili den mest antigena variationen på grund av kromosomomarrangemang. PilS - genen är ett exempel på denna förmåga att omarrangera eftersom dess kombination med PilE- genen beräknas producera över 100 varianter av PilE-proteinet . Dessa förändringar möjliggör anpassning till skillnaderna i den lokala miljön på infektionsplatsen, undvikande av igenkänning av riktade antikroppar och bidrar till avsaknaden av ett effektivt vaccin.

Förutom förmågan att omorganisera de gener som den redan har, är den också naturligt kompetent att förvärva nytt DNA (via plasmider ), via dess typ IV pilus, specifikt proteinerna Pil Q och Pil T. Dessa processer tillåter N. gonorrhoeae att förvärva/ sprida nya gener, maskera sig med olika ytproteiner och förhindra utvecklingen av immunologiskt minne – en förmåga som har lett till antibiotikaresistens och även försvårat vaccinutvecklingen.

Fasvariation

Fasvariation liknar antigenvariation, men istället för att förändringar på genetisk nivå förändrar sammansättningen av molekyler, resulterar dessa genetiska förändringar i att en gen slås på eller av. Fasvariation uppstår oftast från en ramförskjutning i den uttryckta genen. Opacitet, eller Opa, proteiner av N. gonorrhoeae förlitar sig strikt på fasvariation. Varje gång bakterierna replikerar kan de slå på eller stänga av flera Opa-proteiner genom felparning med halkade strängar . Det vill säga bakterierna introducerar ramförskjutningsmutationer som för gener in i eller ut ur ram. Resultatet är att olika Opa-gener översätts varje gång. Pili varieras genom antigen variation, men också fasvariation. Ramförskjutningar sker i både pilE- och pilC -generna, vilket effektivt stänger av uttrycket av pili i situationer när de inte behövs, till exempel efter kolonisering när N. gonorrhoeae överlever i celler i motsats till på deras ytor.

Gonokockers överlevnad

Efter att gonokocker invaderar och transcytoserar värdepitelcellerna, landar de i submucosa, där neutrofiler omedelbart konsumerar dem. Pili- och Opa-proteinerna på ytan kan störa fagocytos, men de flesta gonokocker hamnar i neutrofiler. Utsöndringen från infekterade individer innehåller många neutrofiler med intagna gonokocker. Neutrofiler frisätter en oxidativ explosion av reaktiva syrearter i sina fagosomer för att döda gonokockerna. En betydande del av gonokockerna kan emellertid motstå dödande genom verkan av deras katalas som bryter ned reaktiva syrearter och kan föröka sig i de neutrofila fagosomer.

Stohl och Seifert visade att det bakteriella RecA-proteinet, som förmedlar reparation av DNA-skador, spelar en viktig roll för gonokockers överlevnad. Michod et al. har föreslagit att N. gonorrhoeae kan ersätta DNA som skadats i neutrofila fagosomer med DNA från närliggande gonokocker. Processen där mottagargonokocker integrerar DNA från granngonokocker i sitt genom kallas transformation.

Tillväxten av N. gonorrhoeae- kolonier på New York City agar, ett specialiserat och selektivt medium för gonokocker

Genom

Genomen av flera stammar av N . gonorré har sekvenserats. De flesta av dem är cirka 2,1 Mb stora och kodar för 2 100 till 2 600 proteiner (även om de flesta verkar vara i det lägre intervallet). Till exempel består stam NCCP11945 av en cirkulär kromosom (2 232 025 bp) som kodar för 2 662 förutsagda öppna läsramar (ORF) och en plasmid (4 153 bp) som kodar för 12 förutsagda ORF. Den uppskattade kodningsdensiteten över hela genomet är 87 %, och det genomsnittliga G+C-innehållet är 52,4 %, värden som liknar de för stam FA1090. NCCP11945-genomet kodar för 54 tRNA och fyra kopior av 16S-23S-5S rRNA-operoner.

Horisontell genöverföring

2011 fann forskare vid Northwestern University bevis på ett mänskligt DNA-fragment i ett N. gonorrhoeae- genom, det första exemplet på horisontell genöverföring från människor till en bakteriell patogen.

Sjukdom

Symtom

Symtom på infektion med N. gonorrhoeae skiljer sig åt beroende på infektionsställe och många infektioner är asymtomatiska oberoende av kön. Det är viktigt att notera att beroende på smittvägen N. gonorrhoeae orsaka infektion i halsen ( faryngit ) eller infektion i anus/ändtarmen ( proktit ).

Disseminerade gonokockinfektioner kan uppstå när N. gonorrhoeae kommer in i blodomloppet och sprider sig ofta till lederna och orsakar utslag (dermatit-artritsyndrom). Dermatit-artritsyndrom resulterar i ledvärk ( artrit ), seninflammation ( tenosynovit ) och smärtfri icke- klåda (icke-kliande) dermatit . Spridd infektion och bäckeninflammatorisk sjukdom hos kvinnor tenderar att börja efter mens på grund av reflux under mens, vilket underlättar spridning. I sällsynta fall kan spridd infektion orsaka infektion i hjärnhinnorna i hjärnan och ryggmärgen ( meningit ) eller infektion i hjärtklaffarna ( endokardit ).

Manlig

Hos symtomatiska män är det primära symtomet på genitourinary infektion uretrit - sveda med urinering ( dysuri ), ökad urineringstrang och en pusliknande (purulent) flytning från penis. Flytningen kan lukta illa. Om det inte behandlas kan ärrbildning i urinröret resultera i svårigheter att urinera. Infektion kan spridas från urinröret i penis till närliggande strukturer, inklusive testiklarna ( epdidymit / orkit ) eller till prostatan ( prostatit ). Män som har haft en gonorréinfektion har en signifikant ökad risk att få prostatacancer.

Kvinna

Hos symtomatiska kvinnor är de primära symtomen på genitourinary infektion ökad vaginal flytning, sveda vid urinering ( dysuri ), ökad urineringstrang, smärta vid samlag eller menstruationsavvikelser. Bäckeninflammatorisk sjukdom uppstår om N. gonorrhoeae stiger upp i bäckenbukhinnan ( via livmoderhalsen , endometrium och äggledarna ). Den resulterande inflammationen och ärrbildningen i äggledarna kan leda till infertilitet och ökad risk för utomkvedshavandeskap. Bäckeninflammatorisk sjukdom utvecklas hos 10 till 20 % av kvinnorna infekterade med N. gonorrhoeae .

Nyfödda (perinatal infektion)

Vid perinatal infektion är den primära manifestationen infektion i ögat (neonatal konjunktivit eller ophthalmia neonatorum ) när det nyfödda barnet exponeras för N. gonorrhoeae i förlossningskanalen. Ögoninfektionen kan leda till ärrbildning eller perforering av hornhinnan, vilket i slutändan resulterar i blindhet. Om det nyfödda barnet exponeras under födseln uppstår konjunktivit inom 2–5 dagar efter födseln och är allvarlig. Gonococcal ophthalmia neonatorum, en gång vanlig hos nyfödda, förhindras genom applicering av erytromycin (antibiotikum) gel i ögonen på spädbarn vid födseln som en folkhälsoåtgärd. Silvernitrat används inte längre i USA.

Överföring

N. gonorrhoeae överförs genom vaginalt, oralt eller analsex; icke-sexuell överföring är osannolik vid infektion hos vuxna. Det kan också överföras till den nyfödda under passagen genom födelsekanalen om mamman har obehandlad genitourinary infektion. Med tanke på den höga frekvensen av asymtomatisk infektion bör alla gravida kvinnor testas för gonorréinfektion. Gemensamma bad, handdukar eller tyg, rektaltermometrar och vårdgivares händer har dock varit inblandade som överföringsmedel i pediatrisk miljö. Kyssar har också varit inblandade som ett teoretiskt sätt att överföra den homosexuella manliga befolkningen, baserat på en nyare studie.

Traditionellt trodde man att bakterien rörde sig fäst vid spermier, men denna hypotes förklarade inte kvinnlig till manlig överföring av sjukdomen. En nyligen genomförd studie tyder på att i stället för att "surfa" på vickande spermier , använder N. gonorrhoeae- bakterier pili för att förankra proteiner i spermierna och röra sig genom koitalvätska.

Infektion

För N. gonorrhoeae är det första steget efter framgångsrik överföring vidhäftning till epitelcellerna som finns på slemhinnan som är infekterad. Bakterien förlitar sig på typ IV pili som fäster och drar sig tillbaka och drar N. gonorrhoeae mot epitelmembranet där dess ytproteiner, såsom opacitetsproteiner, kan interagera direkt. Efter vidhäftning N. gonorrhoeae sig själv och bildar mikrokolonier . Under koloniseringen N. gonorrhoeae potential att transcytosera över epitelbarriären och arbeta sig in i blodomloppet. Under tillväxt och kolonisering N. gonorrhoeae frisättningen av cytokiner och kemokiner från värdimmunceller som är pro-inflammatoriska . Dessa pro-inflammatoriska molekyler resulterar i rekryteringen av makrofager och neutrofiler . Dessa fagocytiska celler tar vanligtvis in främmande patogener och förstör dem, men N. gonorrhoeae har utvecklat många mekanismer som gör att den kan överleva i dessa immunceller och omintetgöra försöken till eliminering.

Förebyggande

Överföringen minskar genom att använda latexbarriärer (t.ex. kondomer eller tanddammar ) under sex och genom att begränsa sexpartners. Kondomer och tanddammar bör också användas under oral och analsex. Spermiedödande medel, vaginalt skum och duschar är inte effektiva för att förhindra överföring.

Behandling

Den nuvarande behandlingen som rekommenderas av CDC är en injicerad enkeldos av ceftriaxon (en tredje generationens cefalosporin ). Sexuella partners (definierad av CDC som sexuell kontakt inom de senaste 60 dagarna) bör också meddelas, testas och behandlas. Det är viktigt att om symtomen kvarstår efter att ha mottagits behandling av N. gonorrhoeae -infektion, bör en omvärdering genomföras.

Antibiotikaresistens

Antibiotikaresistens vid gonorré har noterats med början på 1940-talet. Gonorré behandlades med penicillin, men doserna måste ökas gradvis för att förbli effektiva. På 1970-talet uppstod penicillin- och tetracyklinresistent gonorré i Stillahavsbassängen. Dessa resistenta stammar spred sig sedan till Hawaii, Kalifornien, resten av USA, Australien och Europa. Fluorokinoloner var nästa försvarslinje, men snart uppstod också resistens mot detta antibiotikum. Sedan 2007 har standardbehandlingen varit tredje generationens cefalosporiner, såsom ceftriaxon, som anses vara vår "sista försvarslinje". Nyligen upptäcktes en högnivåig ceftriaxonresistent gonorréstam som heter H041 i Japan. Laboratorietester visade att det var resistent mot höga koncentrationer av ceftriaxon, liksom de flesta andra testade antibiotika. Inom N. gonorrhoeae finns gener som ger resistens mot varje enskilt antibiotikum som används för att bota gonorré, men än så länge finns de inte samexistera inom en enda gonokocker. Men på grund av N. gonorrhoeaes höga affinitet för horisontell genöverföring, ses antibiotikaresistent gonorré som ett växande hot mot folkhälsan.

Serumresistens

Som en gramnegativ bakterie kräver N. gonorrhoeae försvarsmekanismer för att skydda sig mot komplementsystemet (eller komplementkaskaden), vars komponenter finns med humant serum . Det finns tre olika vägar som aktiverar detta system, men de resulterar alla i aktiveringen av komplementprotein 3 (C3). En kluven del av detta protein, C3b , deponeras på patogena ytor och resulterar i opsonisering såväl som nedströms aktivering av membranattackkomplexet . N. gonorrhoeae har flera mekanismer för att undvika denna verkan. Som helhet kallas dessa mekanismer för serumresistens.

Historia

Namnets ursprung

Neisseria gonorrhoeae är uppkallad efter Albert Neisser, som isolerade den som orsak till sjukdomen gonorré 1878. Galenus (130 e.Kr.) myntade termen "gonorré" från det grekiska gonos som betyder "frö" och rhoe som betyder "flöde". Således betyder gonorré "flöde av frö", en beskrivning som hänvisar till den vita penile flytningen, som antas vara sperma, ses vid manlig infektion.

Upptäckt

1878 isolerade och visualiserade Albert Neisser N. gonorrhoeae diplococci i prover av pus från 35 män och kvinnor med de klassiska symtomen på genitourinär infektion med gonorré – varav två också hade ögoninfektioner. 1882 kunde Leistikow och Loeffler odla organismen i kultur. Sedan 1883 bevisade Max Bockhart definitivt att bakterien som isolerats av Albert Neisser var orsaken till sjukdomen känd som gonorré genom att inokulera en frisk mans penis med bakterierna. Mannen utvecklade de klassiska symtomen på gonorré dagar efter, och tillfredsställde de sista av Kochs postulat . Fram till denna punkt diskuterade forskare huruvida syfilis och gonorré var manifestationer av samma sjukdom eller två distinkta enheter. En sådan 1700-talsforskare, John Hunter, försökte lösa debatten 1767 genom att inokulera en man med pus från en patient med gonorré. Han drog felaktigt slutsatsen att både syfilis och gonorré verkligen var samma sjukdom när mannen utvecklade det kopparfärgade utslaget som är klassiskt för syfilis. Även om många källor upprepar att Hunter inokulerade sig själv, har andra hävdat att det faktiskt var en annan man. Efter Hunters experiment försökte andra forskare motbevisa hans slutsatser genom att inokulera andra manliga läkare, läkarstudenter och fängslade män med gonorré, som alla utvecklade sveda och flytningar av gonorré. En forskare, Ricord, tog initiativet till att utföra 667 inokulationer av gonorré på patienter på ett mentalsjukhus, med noll fall av syfilis. Anmärkningsvärt är att penicillinets tillkomst på 1940-talet gjorde effektiva behandlingar för gonorré tillgängliga. ^{[ citat behövs ]}