- سوپراکسید دیسموتاز[۳] که به اختصار ((SOD نیز نامیده میشود.
- کاتالاز
- پراکسیداز
باکتری P. aeruginosa دارای آنزیمهای سوپراکسید دیسموتاز و کاتالاز است [۸].
۱-۲-۴- مشخصات کشت
-
- aeruginosa، هوازی اجباری بوده که در انواع مختلفی از محیطهای کشت به سهولت رشد میکند و بوی انگور میدهد. برخی از نژادهای آن، خون را همولیز میکنند [۴]. این باکتری سه تیپ دارد. کلنیهای تیپ یک این باکتری گرد، دارای لبههای نامنظم، دارای ۳-۲ میلی متر قطر با سطح مات، در قسمت داخلی برجسته و قوام کره ای میباشد. کلنیهای تیپ دو، کوچکتر، برجسته و شبیه کلنی کلی فرمها میباشد و بالاخره کلنیهای تیپ سه خشن، برجسته و کاملا چروکیده است. کلنیهای تیپ یک و دو، درون سرم فیزیولوژی ایجاد سوسپانسیون پراکنده و یکنواخت مینمایند. اما تیپ سه، تشکیل سوسپانسیون گرانولی را میدهد. هر سه شکل کلنی ممکن است در یک محیط کشت دیده شوند، به طوری که گاهی با گونههای متفاوتی از این باکتری اشتباه میشوند [۹].
در کشتهای تهیه شده از افراد مبتلا به فیبروزیس سیستیک، ارگانیسمهای P. aeruginosa ، کلنیهای موکوئیدایجاد میکنند. این امر ، نتیجه تولید زیاد آلژینات – یک اگزوپلی ساکارید – میباشد. در افراد مبتلا به فیبروزیس سیستیک، به نظر میرسد که یک اگزوپلی ساکارید، ماده ای بین سلولی را میسازد، که زندگی ارگانیسم به شکل بیوفیلم را ممکن میکند [۴].
تولید پیگمان آبی- سبز قابل انتشار در محیط کشت، تشخیص P. aeruginosa را مورد تایید قرار میدهد. اما در برخی کشتها، پایوسیانین تشکیل نمی شود و فقط بر روی بعضی محیطهای کشت، پایوسیانین تولید میشود. توانایی تولید پایوسیانین ممکن است به طور غیر قابل برگشتی در محیطهای کشت از بین برود لذا اگرچه مشاهده پیگمان پیوسیانین تشخیص P. aeruginosa را تائید میکند، ولی ندیدن آن دلیل بر رد تشخیص نیست. اکثر کلنیهای P. aeruginosa دارای بوع مطبوع میوه ای به علت تولید
–o امینواستوفنون ناشی از تریپتوفان میباشد. بر روی محیط آگار مغذی، بسیاری از کشتهای P. aeruginosa به خصوص کلنیهای تیپ یک و سه، قسمتهای رنگین کمان مانندی را با جلای فلزی به نمایش میگذارند. در زیر این این قسمتها در درون محیط کشت، کریستالهائی دیده میشود و در داخل آن ها، ارگانیسمهای متلاشی شده وجود دارد. این تحلیل رفتگیهای پلاک مانند به هنگام رشد بر روی آگار را Berk در سال ۱۹۶۳ تحت عنوان اتوپلاک[۴] نامید. به عقیده Zaget و Sierra در سال ۱۹۶۰، اتولیز به علت حضور آنزیمهای پروتئولیتیک که سلولهای مرده را هضم میکند ایجاد میشود و کریستالها در واقع نمکهای اسید چرب آزاد شده در نتیجه اتولیز میباشند. P. aeruginosa بر روی محیط مکانکی آگار به خوبی رشد می کند و محیطهای کشت مایع واجد حلقه سفید رنگ ضخیمی از مواد لزج و چسبنده به جدار شیشه هستند که اکثرا تشکیل غشاء نازکی را در بالای محیط میدهد. پیگمان سبزرنگ نیز بیشتر نزدیک به سطح محیط مایع دیده میشود [۶].
-
-
- aeruginosa در حرارت ۳۷ تا ۴۲ درجه سانتی گراد به خوبی رشد میکند. این باکتری به علت توانایی رشد در حرارت ۴۲ درجه سانتی گراد با انواع دیگر پسودوموناس ها تفاوت دارد [۴]. PH مناسب برای رشد این باکتری بین ۶/۷-۲/۷ است [۱۰].
-
۱-۲-۵- مواد آلی مورد نیاز
-
- aeruginosaقادر است که به راحتی بر روی محیطهای غذایی ساده و معمولی رشد کرده، طیف بسیار وسیعی از مواد آلی را به عنوان منبع کربن و ازت به مصرف برساند. این باکتری دارای توانایی بسیار زیادی برای تطبیق دادن خود با مواد آلی گوناگون در محیط میباشد، به همین دلیل P. aeruginosa، یکی از باکتریهایی است که به سرعت و به آسانی میتوان از منابعی مانند آب ، خاک، فاضلاب، گرد و غبار، هوا، روده و پوست انسان و حیوانات و نمونههای گوناگون کلینیکی و غیرکلینیکی جدا کرد. این باکتریها به عوامل رشد آلی نیاز نداشته و میتوانند در محیطهای معدنی که دارای منبع کربن و نیتروژن باشد، رشد کنند [۱۱].
از ویژگیهای تغذیه ای و توانائی پسودوموناس ها در استفاده از مواد آلی مختلف، در طبقه بندی و تفکیک گونهها و گروههای گوناگون موجود در این جنس بهره گرفته شده است. P. aeruginosa قادر است از استامید به عنوان تنها منبع کربن استفاده کرده و رشد نماید. در حالی که تعداد معدودی از سایر گونههای موجود در جنس پسودوموناس ، قادر به چنین کاری هستند [۱۲].
۱-۲-۶- محیطهای کشت
-
- aeruginosaدر محیطهای آگار غذایی و پپتون آگار که حاوی ۵% خون گوسفند و خرگوش باشد، به آسانی رشد میکند. محیط کشتهای مکانکی آگار و ائوزین متیلن بلو(E.M.B) نیز برای کشت اولیه P. aeruginosaاستفاده میشود. P. aeruginosa بر روی محیطهای انتخابی SS و گزیلوز لایزین دزوکسی کولات آگار(XLD)، سیترات آگار نیز میتواند رشد کند، اما جداسازی آنها در محیطهای مذکورمعمولا با درصد کمتری انجام میپذیرد. برای استفاده از محیطهای انتخابی معمولا از محیطهایی مانند محیط آگار حاوی ستیل تری متیل آمونیوم بروماید یا ستریمید، محیطهای آگار حاوی ۲ و۴ و ۴- تری کلر و -۲ هیدروکسی دی فنل اتر یا ایرگاسان و محیط آگار حاوی کلرواکسیل نول یا دتول استفاده میشود. در محیط آگار حاوی ستریمید ممکن است عوامل ضد میکروبی نظیر اسید نالیدیکسیک و یا نیتروفورانتوئین نیز افزوده شود. همچنین میتوان با اضافه کردن عوامل ضد میکروبی مانند نووبیوسین، پنی سیلین، سیکلوهگزامید و یا فوشین پایه، اسید نالیدیکسیک و نیتروفورانتوئین به محیط آگار معمولی، محیط انتخابی مناسبی برای کشت P. aeruginosa فراهم نمود. با این حال باید در نظر داشت که برخی از ایزوله های جدا شده از بیماران مبتلا به سیستیک فیبروزیس به شدت به ان ترکیباب حساس بوده، لذا بر روی چنین محیطهائی رشد نخواهند کرد. غنی سازی در محیط مایع ستریمید جهت جداسازی P. aeruginosa از نمونههای مدفوعی توصیه میشود [۱۳]. در محیط King’s A ، بعد از پنج روز نگهداری در C ◦۳۷، ۸۰درصد سویههای P. aeruginosa تشکیل پایوسیانین میدهند. شدت پیگمان زائی اغلب پس از انتقال محیطهای حاوی آگار از داخل انکوباتور به درجه حرارت اتاق (۲۴-۱۸) به مدت ۴-۳ ساعت افزایش مییابد. محیط پسودوموناس آگار F، تولید مواد رنگی فلورسنت را تقویت میکند، در حالی که تولید پایوسیانین و سایر مواد رنگی فنازینی را متوقف میکند. محیط پسودوموناس آگار P، سنتز پایوسیانین و دیگر مواد رنگی فنازینی را توسط پسودوموناس ها تحریک میکند [۶].
۱-۲-۷- پیگمان
حداقل چهار نوع پیگمان مشخص در P. aeruginosa تشخیص داده شده است: پایوسیانین[۵] ، فلوروسین [۶]، پایوروبین[۷] ، پایووردین[۸] و پایوملانین[۹] [۴].
در سال ۱۸۴۹، Borton، Campbell و Eagles گزارش کردند که حضور یونهای منیزیوم، سولفات، پتاسیم، فسفات و آهن جهت تشکیل پایوسیانین ضروری است. King، Ward و Raney در سال ۱۹۵۴، محیطهای کشت B و A را به ترتیب جهت تولید بهتر پایوسیانین و فلوروسین طراحی نمودند. پایوسیانین با وزن مولکولی Da210 ، از نظر ساختمان شیمیایی جزء فنازین محسوب میشود. فنازینها، متابولیتهای ثانویه ای هستند که در مسیر بیوسنتز اسیدهای آمینه آروماتیک ساخته میشوند. رنگ این پیگمان در محیطهای اسیدی ابتدا زرد و سپس به قرمز تغییر مییابد و در pH قلیائی بی رنگ میشود. پایوسیانین را میتوان از محیط کشت مایع همراه با حجم یکسانی از کلروفرم استخراج کرد و سپس با کریستالیزه نمودن آن را از کلروفرم و اتر خالص نمود [۶]. پایوسیانین به عنوان مهار کننده حرکت مژههای سلولها شناخته شده است. نمونههایی که از ترشحات گوش در بیمارانی که عفونت گوش داشتند به دست آمده است، غلظتهای متفاوتی از nmol/g 3 تا ۲۷۱۴ با میانگین nmol/g 905 از پایوسیانین را تولید کرده اند [۱۴].
فلوروسین در کلروفرم نامحلول ولی در آب محلول است. این رنگدانه، محیطهای کشت را به حالت زرد کم رنگ در میآورد که گاهی اوقات به راحتی قابل تشخیص نبوده، مگر آنکه تحت نور ماوراء بنفش مورد بررسی قرار گیرد. حدود ۷۰ درصد ایزولههای کلینیکی بر روی محیط King, s B Agar ، تشکیل پیگمان فوق را میدهند [۶].
نوعی سیدروفور فلوروسنت دار به نام پایووردین در سویه خاصی از P. aeruginosa (PAO1) شناسایی شده است. پایووردین تحت تاثیر ماوراء بنفش با طول موج کوتاه (۲۵۴ نانومتر) از خود نور فلورسنت ساطع میکند. از این رو، گونههایی از پسودوموناس ها را که قادر به تولید این ماده رنگی هسند تحت عنوان فلورسنت نیز مینامند. پایووردین در آب محلول بوده و معمولا به رنگ زرد- سبز، زرد- قهوه ای و یا بدون رنگ میباشند. این ماده رنگی، ساختمان غیر فنازینی داشته و لذا در کلروفرم غیرمحلول است. پایووردین جاذب بسیار قوی عنصر آهن بوده، لذا در محیطهایی که میزان آهن کم باشد بیشتر تولید میشود [۱۲].
پایووردین با آهن تشکیل کمپلکسی را میدهد که از طریق گیرنده FPVA که در غشاء خارجی است وارد سلول میشود [۱۵].
برخی از سویههای P. aeruginosa ، پیگمان محلول در آب به رنگ قرمز روشن تحت عنوان پایوروبین را میسازند. این رنگدانه در غلظت پایین اکسیژن به طور غیرقابل برگشتی به فرم بی رنگ تبدیل میشود. چنین سویههائی بیشتر از ادرار و خلط بیماران مبتلا به سیستیک فیبروزیس به دست آمده اند. Ogunnariwo و Hamilton- Miller در سال ۱۹۷۵ نشان داده اند که افزودن DL- گلوتامات ۱%، تولید پایوروبین را تقویت اما تشکیل پایوملانین را متوقف میکند. عکس این حالت در محیطهای حاوی –L تایروزین ۱% دیده میشود. تولید رنگدانه قهوه ای مایل به سیاه پایوملانین، معمول نیست و کمتر از یک درصد سویهها را تشکیل میدهد. پایوملانین از لحاظ شیمیایی هیچگونه وابستگی به ملانین حیوانی ندارد. در مواردی که مواد رنگی به صورت ترکیب با هم تولید میشوند، رنگ پایوسیانین ممکن است قابل تشخیص نباشد. سویههائی که پایوسیانین و پایووردین را با هم تولید میکنند، رنگ محیط را سبز مینمایند. مقادیر کم پایوسیانین معمولا رنگ محیط را تغییر نمی دهد. سویههایی که قادر به تولید پایوروبین و یا پایوملانین بوده و به میزان زیادی مخاطی هستند، معمولا قادر به اکسید کردن کربوهیدراتها نمی باشند، در حالی که اکثر سویههای P. aeruginosa قادر به انجام واکنشهای اکسیداسیون کربوهیدراتها هستند بطور کلی، تولید مواد رنگی توسط P. aeruginosa در محیطهای ویژه قابل افزایش است. اما کشتهای مکرر و انتقال باکتری از یک محیط به محیط کشت دیگر موجب کاهش میزان تولید مواد رنگی توسط این باکتری میشود. از طرفی مشاهده شده است سویههایی از P. aeruginosa که قادر به تولید پایوسیانین نیستند ممکن است ویژگیهای بیوشیمیایی متفاوتی داشته باشند. همچنین مشاهده شده است، سویههایی که قادر به تولید پایوسیانین نیستند نسبت به تتراسایکلین، استرپتومایسین و کانامایسین حساسیت بیشتری نشان میدهند و معمولا با آنتی سرمهایی که برای تشخیص P. aeruginosa در آزمایشهای سرولوژی مورد استفاده قرار میگیرند، پاسخ مثبت نشان نمی دهند [۱۰].
۱-۲-۸- شاخصهای بیماریزایی در P. aeruginosa
۱-۲-۸-۱- پیلی(Pili)
بسیاری از ایزولههای P. aeruginosa پیلیهای تیپ IV فراوانی دارند که از سطح سلول به سمت خارج گسترش پیدا کرده اند. این پیلیها، که مشابه پیلیهای باکتروئیدیس ندوزوس ، موراکسلا بویس، نایسریا گنوره و ویبریوکلره بوده و واسطه اتصال به سلولهای اپی تلیال و مخاط میباشند. پیلیهای تیپ IV تحت عنوان پیلی تشکیل دهنده کلاف( Bundle- Forming Pili: BFP) نیز شناخته میشوند زیرا این پیلیها اگر از سلول باکتری جدا شوند تمایل به تجمع خودبخودی را دارند. پیلی P. aeruginosa به استخلافات الیگوساکاریدی گلیکواسفنگولیپیدهای سیالیله GM2 , GM1 متصل میشود. این گزارشات نشان میدهد که فیبرونکتین از سلولهای اپی تلیال بوسیله پروتئاز میشوند. دو بررسی جالب درباره ارتباط بین پیلی P. aeruginosa و عفونتهای تنفسی در بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک انجام شده است. اول اینکه سویههایP. aeruginosa ئی که در طی فازهای اولیه عفونت تنفسی سودوموناسی جدا شده اند، پیلی دار بوده، لیپوپلی ساکارید صاف داشته و غیر موکوئیدی هستند، اما سویههای ایزوله شده در طی فازهای بعدی عفونت، فاقد پیلی بوده، لیپوپلی ساکاید خشن داشته و موکوئیدی میباشند. دوم اینکه، سلولهای اپی تلیال بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک تا دو برابر بیشتر افرادی که مبتلا به فیبروز کیستیک نیستند، دارای رسپتور برای پیلی میباشند. به نظر میرسد که در بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک، عفونتهای پسودوموناسی ایجاد شده در ریهها توسط باکتریهای پیلی داری ایجاد میشوند که ترجیحاً به اپی تلیوم و مقادیر زیاد موسین متصل میشوند. هنگامی که عفونت تثبیت شد و باکتری نیاز به مقاوم شدن نسبت به فاگوسیتوز دارد، پیلی و آنتی ژن O تا مدت طولانی بیان نشده و کلنی باکتریها با یک ژل آلژینات ضد فاگوسیتی پوشیده میشوند [۲].
۱-۲-۸-۲- آلژینات (Alginate)
آلژینات ماده ای است که در سطح سویههای P. aeruginosa که در بیماران مبتلا به فیبروز سیستیک عفونتهای تنفسی ایجاد میکنند، یک لایه سست ژلاتینی تشکیل میدهد. آلژینات از –D مانورونونیک اسید واپی مر /۵ آن یعنی –L گلورونیک اسید[۱۰] تشکیل شده است.
معتقدند که آلژینات برای تثبیت P. aeruginosa در ریه بیماران مبتلا به فیبروز سیستیک لازم است. هر چند که تنها ۲-۸/۰ درصد همۀ عفونتهای پسودوموناسی به وسیلۀ سویههای موکوئیدی P. aeruginosa ایجاد میشوند، اما ۸۰ تا ۹۰ درصد بیماران مبتلا به فیبروز سیستیک به عفونتهای تنفسی ناشی از سویههای P. aeruginosa تولید کنندۀ آلژینات دچار میشوند. سویههای P. aeruginosa که عفونت را در تراکئوبرونشیال آغاز میکنند موکوئیدی نیستند، اما رشد آنها در ریه بیماران مبتلا به فیبروز سیستیک یک تغییر فنوتیپی را نشان میدهد که باعث میشود ارگانیسمها بیان پیلی و آنتی ژن O را متوقف و سنتز آلژینات را شروع نمایند. سیگنالهای تنظیمی کلیدی برای سنتز آلژینات شامل KCL , NaCL و دسیکانتها[۱۱] هستند که هر کدام پروموتور ژن algD را فعال میکنند. پروتئین AlgD یک –GDP مانوز دهیدروژناز است که آنزیم کلیدی در سنتز آلژینات میباشد. ریه بیماران مبتلا به فیبروز سیستیک یک ناحیۀ ایده آل برای فعال شدن سنتز آلژینات است زیرا محتوی مقادیر بالایی از بوده، دسیکانتها میباشند و به ارگانیسم اجاره میدهد تا بصورت میکروکلنیهای ژلاتینی احاطه شده بوسیلۀ آلژینات رشد نماید. بر اساس یک مطالعه، غلظت آلژینات در نمونههای خلط بیماران مبتلا به بیماری تنفسی بین ۱۰۰-۴ با میانگین غلظت ۵/۳۵ میباشد [۲].
۱-۲-۸-۳- اندوتوکسین[۱۲]
خصوصیات) (LPS[13] در P. aeruginosa معمولا مشابه بسیاری از خواص LPS در انتروباکتریاسهها شامل اثر کشندگی در موش، نقش تب زائی، واکنش شوارتزمن و غیره میباشد. زنجیره جانبی O با خاصیت ایمنولوژیکی و لیپید A با ویژگی سمی LPS در ارتباط هستند. لیپید A در P. aeruginosa در مقایسه با لیپید A انتروباکتریا سهها به طور غیر عادی حاوی مقادیر زیادی فسفر است که احتمالا به علت وجود نسبت بالای ملکول LPS است که فاقد زنجیرهای جانبی O میباشند. میزان دخالت اندوتوکسین P. aeruginosa نسبت به توکسین ایجاد شده در عفونتهای خونی سیستمیک (منتشره) مشخص نیست. تزریق LPS P. aeruginosa به موش باعث ایجاد شوک توکسیک و مرگ میشود. شواهد ذیل حاکی است که LPS، نقش عمده ای را در بیماریزانی ارگانیسم بازی میکند:
الف- LPS باعث محافظت سلولهای باکتری در مقابل اپسونیزاسیون و فاگوسیتوز میشود.
ب- LPS باعث ایجاد مقاومت نسبت به عملکرد باکتریولوژیک کمپلمان درسرم انسانی میشود.
ج- آنتی بادی تولید شده علیه LPS در مدلهای تجربی به شدت ایمنی زا است.
د- موتانتهای فاقد زنجیرههای جانبی O در مقایسه با سویه اولیه، غیربیماریزا هستند.
مطالعات بعدی نشان داد که ارتباط مستقیمی میان خاصیت بیماریزایی در مدل موشی دچار سوختگی و توزیع LPS استخراج شده از P. aeruginosa در فاز فنلی و آبی وجود دارد [۶].
۱-۲-۸-۴- پروتئازهای خارج سلولی[۱۴]
اکثر ایزولههای P. aeruginosa ، آنزیمهای پروتئولیتیکی را تولید میکنند که قادر به هضم مواد مختلفی چون کازئین، الاستین، ژلاتین، کلاژن و فیبرین میباشند. پروتئاز، الکالین پروتئاز (AP) و الاستاز (PE) به وسیله PH مناسب، ویژگی سوبسترا و خواص فیزیکی از یکدیگر تشخیص داده میشوند. الکالین پروتئاز دارای وزن ملکولی KDa 48، ایزوالکتریک (PI)1/4 و حداکثر فعالیت آن در ۹-۸ PH= است. الکالین پروتئاز نوعی متالوپروتئاز است اما کوفاکتور فلزی آن شناخته نشده است. بر عکس، الاستاز دارای وزن ملکولی KDa 54 است که ضمن عبور از غشاء داخلی و پری پلاسم، با تغییر ساختمان شیمیایی به صورت نوع متالوپروتئاز KDa 39 وابسته به فلز روی (PI=5-9)، در انتهای فاز لگاریتمی یا در مرحله رکود ترشح میشود. PH مناسب الاستاز حدود ۸-۷ میباشد. الکالین پروتئاز جهت حداکثر فعالیت خود نیاز به کلسیم یا کبالت دارد و به وسیله چلاتورها غیرفعال میشود. به طور کلی، الکالین پروتئاز نسبت به الاستاز بر روی محدوده وسیعتری از مواد موثر است، اما پروتئینهای ماتریکس خارج سلولی مثل کلاژن، لامینین و الاستین را هضم میکند. این دو آنزیم هم چنین بر روی تعدادی از ترکیبات پلی پپتدی مربوط به دفاع میزبان وابسته به سیستمهای کوآگلوتیناسیون، فیبرینولیزین کمپلمان و سیتوکین موثر میباشند [۵].
سیستمهای تنظیم کننده (rhlR- rhlI)rhl, (lasR- lasI)las شامل چندین فاکتور بیماریزائی (الاستاز و رامنولیپید) میباشند [۱۶].
ژن ساختمانی الاستاز به نام lasR، بیان دو پروتئین lasB , lasA را کنترل می کند [۲]. سیستمهای تنظیم کننده رونویسی (lasE, rhlR) در شرایط سخت میتواند سیستم حساسیت را فعال کند [۱۷].
در میان پروتئازها، اعتقاد بر این است که الاستاز عامل تخریب و آسیبهای عروقی است و اغلب همراه با خونریزی میباشد. پروتئازها همچنین در روند بیماریزائی تنفسی نیز شرکت دارند. الاستاز، خاصیت نفوذپذیری اپیتلیوم تنفسی را به علت حمله پروتئولیتیک به اتصالات محکم بین سلولی افزایش میدهد و با قطع حرکات مژه ای و جدائی سد فیزیکی میزبان( تخریب غشاء) که به طور طبیعی مانع انتشار عفونت میشود، عفونت را انتشار میدهد [۱۸]. الاستاز، کلاژن تیپ ۱ و بیشتر کلاژنها را به وسیله کراتینوسیت تخریب میکند [۱۹].
به دلایل زیر، شواهدی حاکی از نقش بسیار مهم پروتئازی P. aeruginosa در زخمهای سوختگی میباشد:
الف- سویههای فاقد پروتئاز معمولا از خاصیت بیماریزائی کمتری نسبت به سویههای تولید کننده پروتئاز در مدلهای موشی دچار سوختگی برخوردارند.
ب- آنتی بادی اختصاصی و ممانعت شیمیایی از فعالیت پروتئاز منجر به افزایش بقاء حیوانات آلوده با سویههای تولید کننده پروتئاز میگردد.