Erysipelothrix rhusiopathiae – determinismul genetic al factorilor de patogenitate și al rezistenţei la antimicrobiene

Introducere

Erysipelothrix rhusiopathiae este un microorganism ubicuitar care afectează majoritatea animalelor terestre și marine, inclusiv omul, provocând manifestări cutanate localizate și/sau sistemice, septicemie, poliartrită și endocardită.

A fost identificat pentru prima dată de Rosenbach, ca fiind agentul cauzal al erizipelului cutanat la om, apoi a fost izolat și descris de către Koch ca fiind un comensal comun mai multor specii de mamifere și păsări, iar Loeffler a făcut corelaţia dintre prezenţa lui Erysipelothrix rhusiopathiae și focarele de rujet la porci (Fisher, 2009).

Erysipelothrix rhusiopathiae este o bacterie Gram-pozitivă, pleomorfă, cel mai comun aspect fiind de tijă, care pe agar cu sânge determină colonii ușor albăstrui, de circa 0,1 mm până la 0,5-0,8 mm (formele filamentoase producând colonii de dimensiuni mai mari). Frotiurile din culturi, colorate prin metoda Gram, evidenţiază bacteria sub formă de bacili solitari sau grupaţi în lanţuri scurte, gruparea sub forma lanţurilor lungi fiind rară și de obicei corelată cu efectuarea frotiurilor din culturi vechi sau din materialele recoltate din formele cronice de boală (Manzat, 2000).

Se cultivă ușor și se dezvoltă pe mediile uzuale de cultură în condiţii de aerobioză. Pe mediile solide produce colonii semitransparente, iar în cazul cultivării pe agar cu sânge, unele serotipuri pot produce hemoliză de tip alfa, într-o perioadă relativ scurtă, de la 48 h până la 72 h, coloniile fiind de tip S. Erysipelothrix rhusiopathiae este caracterizat ca microaerofil, putând fi cultivat inclusiv în condiţii de anaerobioză. Printre factorii de creștere care stimulează dezvoltarea pe mediile de cultură, se remarcă serul sangvin, hidrolizatele proteice și glucoza (Manzat, 2000).

Când cultivarea are loc pe medii lichide, bulionul are iniţial o turbiditate discretă, iar prin agitare depozitul se ridică asemenea fumului de ţigară. În culturile lichide vechi, bulionul devine transparent, iar pe fundul eprubetei germenii se depun sub forma unui depozit (Manzat, 2000). Cultivarea în geloză, prin înţeparea mediului de cultură, determină un aspect de periuţă de spălat eprubete.

Diferenţierea faţă de alte bacterii cu morfologie asemănătoare (Listeria monocytogenes sau bacili Coryneformi) se poate efectua pe baza testelor biochimice: Erysipelothrix rhusiopathiae este catalazo-negativ, producător de hidrogen sulfurat și se distinge prin absenţa motilităţii.

În ceea ce privește rezistenţa, bacilul rujetului rămâne activ pe o durată relativ mare în mediul ambiant, iar în produsele de origine animală neprelucrate sau prelucrate prin saramurare/afumare și în sânge poate supravieţui luni întregi. Această rezistenţă se manifestă și în cazul carcaselor intrate într-un proces de descompunere. În dejecţii sau în reziduurile de pește (inclusiv făinurile proteice de pește), rezistă până la aproximativ șase luni (Fisher, 2009). Rezistenţa crește în zonele cu climă caldă și temperată, mai ales în areale bogate în soluri cu pH alcalin (Wood, 1973).

În ceea ce privește substanţele biocide, Erysipelothrix rhusiopathiae este sensibil la formol, hidroxid de sodiu și clorură de var, iar în cazul fenolului, acesta este distrus doar în concentraţii foarte ridicate. Este sensibil la căldură, fiind distrus în 5 minute la 70 °C (Manzat, 2000).

Erysipelothrix rhusiopathiae este încadrat taxonomic în filum Firmicutes, familia Erysipelotrichaceae, genul Erysipelothrix. Genul include cel puţin cinci specii: E. rhusiopathiae, E. tonsillarum, E. inopinata, E. larvae și E. piscisicarius. Pe lângă acestea, există trei specii nedenumite încă: E. sp. strain 1, E. sp. strain 2 și E. sp. strain 3, deși s-a confirmat că E. sp. strain 2 aparţine lui E. piscisicarius (Graziotin, 2017).

Investigaţiile ADN-ARN au confirmat diferenţierea dintre E. rhusiopathiae și E. tonsillarum ca specii separate, pe baza variaţiilor de patogenitate, a trăsăturilor morfologice și a grupurilor de serotipuri, E. tonsillarum fiind asociat cu serotipurile 3, 7, 10, 14, 20, 22 și 25 (Graziotin, 2017). E. inopinata s-a desprins mai repede decât E. rhusiopathiae și E. tonsillarum în cadrul arborelui filogenetic. Relaţionarea speciilor E. sp. strain 1 și E. sp. strain 2 rămâne incomplet elucidată.

Clasificarea intraspecifică a lui E. rhusiopathiae nu este clar definită. Diferenţierea izolatelor s-a bazat pe serotipizare prin reacţie de aglutinare, identificând antigenele peptidoglicance de la nivelul peretelui celular. Bacilului rujetului îi aparţin serovarurile 1a, 1b, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 15, 16, 17, 19, 21 și N (Takahashi, 1992). În cazul lui E. rhusiopathiae s-a demonstrat că transferul de ADN se realizează prin transformare, transducţie și conjugare, oferindu-i genomului o semnificativă maleabilitate (Thomas & Nielsen, 2005).

Recent, clasificarea tipurilor de E. rhusiopathiae s-a bazat pe identificarea antigenelor protectoare de pe peretele celular (Spa). Au fost identificate trei tipuri: SpaA, SpaB și SpaC. SpaA este asociat serotipurilor 1a, 1b, 2, 5, 8, 9, 12, 15, 16 şi 17, iar N. SpaB și SpaC sunt mai frecvente la serotipurile 4, 6, 11, 19 și 21 (Forde, 2016; Janßen et al., 2015).

Pe baza arborelui filogenetic și a analizelor genetice, E. rhusiopathiae este împărţit în trei clade și un grup intermediar între cladele 2 și 3. Toate izolatele din clada 1 prezintă SpaB, în timp ce SpaA este întâlnit în toate celelalte clade. Specificitatea faţă de gazdă arată că izolatele de la animale marine aparţin cladelor 1 și 2, iar cele de la animale de fermă, în principal cladei 3 (Forde, 2016).

E. rhusiopathiae este un patogen intracelular facultativ, multiplicându-se preferenţial în celulele fagocitare. Patogenitatea sa este legată de capacitatea de adeziune și invazie celulară (Shimoji, 2000). Factorii de patogenitate și virulenţă includ neuraminidaza, hemolizina, hialuronidaza, capsula, adezinele și peretele celular lipoproteic (Janßen et al., 2015).

Impactul genetic în antibiorezistenţă  aparţinând lui Erysipelothrix rhusiopathiae

În urma analizei comparative a opt izolate virulente aparţinând lui Erysipelothrix rhusiopathiae, s-au identificat 1184 de gene de bază (core genes), 570 de gene dispensabile (dispensable genes) și 253 de gene serotip-specifice. Dintre genele de bază, cea mai mare proporţie (aproximativ 75%) sunt cele implicate în nutriţia și aportul de energie al bacteriei, metabolismul și alte bioreacţii necesare pentru supravieţuire și adaptare. Printre aceste gene de bază se numără și cele care codifică factorii de virulenţă: cpsA/cpsB/cpsC (capsulă), nanH (neuraminidază), hylA/hylB/hylC (hialuronidază), spaA/rspaB/rspaC (antigenele protective de suprafaţă), ERH-0072/ERH-0388/ERH-0334 (fosfolipază A, B și D), ERH-1356 (adezină), ERH-0333 (cardiolipină), ERH-1433 (lizofosfolipază). Generic, aceste gene sunt denumite VFGs (virulence factors coding genes). În plus, în genomul bacteriei se regăsesc și genele specifice rezistenţei la antibiotice. Deși până de curând se considera că Erysipelothrix rhusiopathiae este sensibil la penicilină, studiile recente au identificat izolate care prezintă rezistenţă genetică la această clasă (Yang et al., 2020; Ding et al., 2015).

Tulpini de Erysipelothrix rhusiopathia izolate pe teritoriul Chinei prezintă gene de rezistenţă pentru diferite clase de antibiotice precum trimetoprim (dfrA3), antibiotice peptidice (bcrA, bacA), glicopeptide (vanHA, vanRB, vanRE, vanSE, vanRM, vanHO, vanRI, vanI), fluorochinolone (patB, patA, ramA, arlR, cdeA, efrA), betalactamine (smeR, ramA, efrA), cefalosporine (smeR, ramA), aminoglicozide (smeR, baeR, ANT-Ib), peniciline (smeR, ramA), fosfomicine (murA), aminocumarine (parY), tetracicline (ramA, optrA, tetB), macrolide (RlmA(II), optrA, cfrC, efrA), fenicoli (optrA, cfrC) (Ding et al., 2015).

Într-un studiu realizat de EFSA, pentru un total de 44 de izolate de E. rhusiopathiae testate între 2015 și 2019, nu s-a identificat rezistenţă la ampicilină, enrofloxacină, lincomicină sau tilozină, în timp ce între 30% și 39% dintre izolate au fost rezistente la tetraciclină și sulfonamide/trimetoprim (EFSA, 2020).

Preluarea acestor gene de virulenţă și rezistenţă la antimicrobiene se consideră a fi realizată prin transfer de gene pe cale orizontală. Transferul orizontal de gene este facilitat de insulele genomice (segmente de genom de mari dimensiuni >10kb), asociate frecvent cu genele care codifică ARN-t și cu un raport G:C diferit faţă de restul cromozomului (Yang et al., 2020). Prin analiză bioinformatică s-a identificat prezenţa în nucleul bacterian a trei-șapte insule genomice, dintre care una de 33,6 kb conţine mai multe gene care ar putea media rezistenţa antimicrobiană, inclusiv un transportor de bacteriocină ABC și un transportor ABC multidrug (Yang et al., 2020).

În plus, în această insulă genomică au fost găsite și multe gene care codifică transpozaze, ceea ce sugerează că achiziţia respectivei insule este asociată cu activitatea unor elemente genetice mobile (MGE) (Yang et al., 2020).

Pe lângă insulele genomice, profagii identificaţi la nivelul genomului bacterian ar putea avea, de asemenea, un efect asupra virulenţei bacteriene, precum și o contribuţie la mobilizarea conţinutului de ADN, influenţând astfel evoluţia pe termen scurt a bacteriilor patogene. Într-un studiu comparativ al profagilor din genomul Streptococcus suis s-a demonstrat că aceștia sunt adesea asociaţi cu insulele genomice și pot contribui la schimbările evolutive ale bacteriilor patogene (Tang et al., 2013). Prin analiza de predicţie a profagilor, s-a determinat posibilitatea prezenţei a până la trei profagi la nivelul genomului bacterian al Erysipelothrix rhusiopathiae, aceștia fiind în general asociaţi cu insulele genomice (Yang et al., 2020).

În genomul bacteriei s-a estimat prezenţa unui raport G:C situat între 36,21% și 36,49% și codificarea unui total de 1633 de proteine, a 55 de ARNt, precum și a 15 ARNr. Dintre cele 1633 de proteine, cele mai multe (peste 50%) au fost localizate în citoplasmă (54,42%), urmate de cele localizate în membrana citoplasmatică (27,45%), peretele celular (1,84%) și mediul extracelular (0,53%) (Yang et al., 2020).

Concluzii

Erysipelothrix rhusiopathiae prezintă o diversitate genetică impresionantă, cu multiple subspecii și serotipuri care influenţează patogenitatea și adaptabilitatea acestei bacterii. Genele implicate în virulenţă, precum cele care codifică capsula, neuraminidaza, hialuronidaza și antigenele de suprafaţă, sunt esenţiale în determinarea mecanismelor de patogenitate pe care le determină Erysipelothrix rhusiopathiae.

Erysipelothrix rhusiopathiae a dezvoltat mecanisme de rezistenţă la o gamă largă de molecule terapeutice, inclusiv faţă de peniciline, indicând un potenţial de adaptare rapidă în raport cu terapia antimicrobiană.

Analizele genomice, referitoare la identificarea insulelor genomice și a profagilor, sugerează o mobilitate genetică semnificativă, care contribuie la evoluţia și diversificarea bacteriei.

Studiile viitoare ar trebui să se concentreze pe monitorizarea evoluţiei rezistenţei și virulenţei Erysipelothrix rhusiopathiae, având în vedere impactul său asupra tuturor vertebratelor. 

Autor corespondent Sonia Beșleagă E-mail: sonia.besleaga@yahoo.com

CONFLICT OF INTEREST: none declared.

FINANCIAL SUPPORT: none declared.

This work is permanently accessible online free of charge and published under the CC-BY.