Helicobacter pylori.doc

Helicobacter pylori - złośliwy intruz w naszym żołądku.

Joanna Soroka

Udowodnienie, iż główną przyczyną powstawania wrzodów żołądka i dwunastnicy jest bakteria Helicobacter pylori to przełomowe odkrycie dwóch australijskich naukowców z Uniwersytetu w Perth: Barry'go Marshalla i Robina Warrena, którzy w 2005 roku otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii. To odkrycie zmieniło podejście do choroby wrzodowej, która często dotyka ludzi młodych i w średnim wieku. Przed poznaniem H. pylori wysiłki lekarzy skupione były na leczeniu objawów, jednak dolegliwości powracały. Dziś możliwe jest skuteczne i szybkie leczenie przyczyn tych schorzeń za pomocą antybiotyków i leków hamujących wydzielanie soku żołądkowego i w aż 95% przypadków terapia przynosi pożądane rezultaty. To prawdziwy sukces.

Budowa Helicobacter pylori

Helicobacter pylori to gram-ujemna pałeczka o kształcie spiralnym. Udowodniono, że w warunkach stresowych bakteria może zmieniać się w ziarniaki. Nie udało się niestety dotychczas wyhodować takich form bakterii. Zostały one jednak wykryte m.in. w wodzie, co ma znaczenie epidemiologiczne. Ponadto dowiedziono, że ziarniaki są zdolne do przyczepiania się do komórek nabłonkowych żołądka in vitro. Wielkość H. pylori waha się od 0,3 do 5 µm, zaś średnica to ok. 0,5 µm. Występuje ona głównie w błonie śluzowej żołądka oraz dwunastnicy, rzadziej na błonie wyścielającej przełyk. Bytuje w warunkach niewielkiej dostępności tlenu, a więc jest to organizm mikroaerofilny. Bakteria wykazuje dużą ruchliwość wynikającą z obecności 4-6 rzęsek umieszczonych na jednym biegunie.

Systematyka

Bakterię początkowo nazwano Campylobacter pyloridis, a następnie zmieniono jej nazwę na C. pylori. Ostatecznie jednak po zsekwencjonowaniu DNA okazało się, że bakteria ta nie należy do rodzaju Campylobacter. Zaklasyfikowano ją więc do nowo powstałego rodzaju Helicobacter. Słowo pylori pochodzi od łacińskiego słowa pylorus, czyli portier i odnosi się do odźwiernika, czyli miejsca, gdzie żołądek kontaktuje się z dwunastnicą, gdyż tu właśnie najczęściej bakteria ta występuje.

·        

Rysunek 1. Obraz mikroskopowy H.pylori (źródło: rys1).

Klasyfikacja

Ostatecznie klasyfikacja H. pylori przedstawia się następująco:

·         Królestwo: Bacteria

·         Gromada: Proteobacteria

·         Klasa: Epsilon Proteobacteria

·         Rząd: Campylobacterales

·         Rodzina: Helicobacteraceae

·         Rodzaj: Helicobacter

·         Gatunek: H. pylori

Genom

Dotychczas poznana jest pełna sekwencja genomów dwóch szczepów: 26 695 i J99. U obu wykryto geny kodujące białka CagA i VacA. Genom w postaci kolistych cząsteczek składa się z 1,7 mln par zasad i zawiera 1550 genów. Szczepy te kodują 1406 białek wspólnych. 50% z nich cechuje 96% identyczności sekwencji aminokwasowej. Wszystkie otwarte ramki odczytu ORF stanowią 91% genomu, zaś liczba genów gatunkowo specyficznych wynosi 17%.

Tabela 1. Porównanie wybranych cech genomów dwóch szczepów H.pylori (źródło: Postępy mikrobiologii, kwartalnik, PTM, 2003).

Zarys historyczny

H. pylori odkryli po raz pierwszy niemieccy naukowcy w 1875 roku. Przerwali oni jednak swoje badania, gdyż nie udało im się sztucznie wyhodować bakterii w laboratorium. Po raz kolejny bakteria została zauważona w 1899 przez polskiego naukowca Walerego Jaworskiego pracującego na Uniwersytecie Jagiellońskim. Dostrzegł on charakterystyczne spirale bakterii, które nazwał Vibrio rugula. Przypuszczał on wtedy, że mogą one powodować schorzenia żołądka. Swoje obserwacje zawarł w książce wydanej jedynie w języku polskim "Podręcznik chorób żołądka" (Wydawnictwa Dzieł Lekarskich Polskich, 1899, pp. 30-47) i głównie z tego względu przeszły one niezauważone. Przełom jednak nastąpił dopiero w 1983 roku: Barry Marhall i Robin Warren - dwaj australijscy patologowie z uniwersytetu w Perth dowiedli, że za powstawanie wrzodów żołądka i zapalenie żołądka odpowiedzialna jest infekcja bakteryjna, a nie jak wcześniej sądzono stres i ostre jedzenie. Za swoje osiągnięcie otrzymali oni w 2005 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii. Początkowo nie było wiadomo, czy ta bakteria ma jakiekolwiek działanie uboczne i czy jej obecność jest dla organizmu szkodliwa. Aby to udowodnić, Marshall wypił zawiesinę, w której znajdowały się wyhodowane przez niego bakterie. Wystąpiły u niego objawy ostrego zapalenia żołądka, co wskazywało, że H. pylori ma działanie chorobotwórcze.

Gdzie występuje

H. pylori jest jedynym dotychczas odkrytym gatunkiem zamieszkującym wnętrze ludzkiego żołądka. Najczęściej występuje w części przyoddźwiernikowej. Odkryto także inne gatunki z rodzaju Helicobacter, które mogą występować w żołądkach innych ssaków i niektórych ptaków, jednak nie są obecne w żołądku człowieka.

Cechy charakterystyczne umożliwiające przeżycie w żołądku

Aby przeżyć w tak trudnych warunkach bakterie muszą mieć zdolność przemieszczania się do zasadowej warstwy śluzowej, co umożliwia im obecność rzęsek. Ponadto bakterie wytwarzają w dużych ilościach ureazę - enzym katalizujący rozkład mocznika do amoniaku i dwutlenku węgla:

·         CO(NH2)2 + H2O→ 2 NH3 + CO2

·        

Rysunek 2. Ureaza – enzym katalizujący rozkład mocznika do amoniaku i dwutlenku węgla (źródło: rys2).

Amoniak zobojętnia kwas żołądkowy, który bezpośrednio otacza bakterię i wytwarza wokół niej zasadową otoczkę.

Infekcja

Główną przyczyną wtargnięcia intruza jest zakażenie na drodze pokarmowej przez jedzenie pokarmu brudnymi rękami, picie nieprzegotowanej wody i brak higieny. Niedożywienie i brak witamin w spożywanych pokarmach mogą sprzyjać zakażeniu, tak więc ważne jest, aby nasza dieta była urozmaicona. Ponadto przebywanie w dużych skupiskach, zwłaszcza przed 30 rokiem życia, zwiększa ryzyko naszego kontaktu z bakterią. Źródłem infekcji mogą stać sie również nasi czworonożni przyjaciele, przede wszystkim koty. Najczęściej pierwszy kontak z bakterią mamy już we wczesnym dzieciństwie. Ze względu na bardzo dużą odporność na niesprzyjające warunki, w jakich bytuje, bakteria może przetrwać w żołądku czy dwunastnicy przez wiele lat, czasem przez całe życie gospodarza.

Testy na obecność ''Helicobacter pylori''

Badania prowadzone są w celu zdiagnozowania, czy za zmiany patologiczne zaobserwowane w żołądku i dwunastnicy odpowiedzialna jest Helicobacter pylori.

Wykorzystywanych jest szereg metod, które najogólniej można podzielić na inwazyjne i nieinwazyjne, ze względu na sposób przeprowadzenia badania. Metody nieinwazyjne nie ingerują w organizm pacjenta, zaś inwazyjne polegają na pobraniu wycinka tkanki podczas gastroskopii górnego odcinka przewodu pokarmowego.

Ważne pojęcia, które są często wykorzystywane w diagnostyce to:

·         "Clearence" oznacza brak bakterii tuż po ukończonej terapii przeciwbakteryjnej.

·         "Eradykacja" oznacza brak bakterii przez co najmniej 4 tygodnie po ukończonej terapii przeciwbakteryjnej.

Metody nieinwazyjne

Test serologiczny

W teście tym oznaczane są przeciwciała IgG surowicy w krwi lub w ślinie. Ze względu na powolny zanik przeciwciał z surowicy można uzyskać dodatni wynik testu nawet po 28 miesiącach od likwidacji, czyli eradykacji bakterii z żołądka, co stanowi największą wadę tego testu.

Test oddechowy

Pacjentowi podawany jest mocznik, który jest znakowany izotopem węgla 13C lub 14C. Ureaza, produkowana w dużych ilościach przez bakterię, rozkłada mocznik do amoniaku i dwutlenku węgla. Ten ostatni zawiera jeden z izotopów węgla i jest wydychany przez pacjenta, a próbki są poddawane analizie pod kątem oznaczenia ilości tego izotopu.

Test oparty na technikach biologii molekularnej

Analizowany jest kał i ślina pacjenta na obecność RNA H. pylori.

Posiew kału

Badanie to charakteryzuje niska czułość i nie jest ono często stosowane.

Metody inwazyjne

Test ureazowy

Pobierany jest z żołądka wycinek tkanki i poddawany analizie. Produkowana przez H. pylori ureaza rozkłada mocznik, a powstały produkt zabarwia użyty w teście wskaźnik na kolor fioletowo-czerwony.

Hodowla bakteryjna

Bakterie pochodzące z wycinka tkanki hodowane są na specjalnie przygotowanych pożywkach. Ze względu na trudności wynikające z hodowli bakterii oraz zachowania odpowiednich warunków, metoda ta jest trudna i rzadko stosowana.

Badanie histopatologiczne

Opiera sie na analizie histopatologicznej pod mikroskopem tkanki pobranej z żołądka chorego.

Zakażenie H. pylori jako najczęstsza infekcja bakteryjna na świecie

Badania wskazują, że nieomal wszyscy ludzie w krajach rozwijających się są zakażeni H. pylori i około 30% populacji w krajach wysokorozwiniętych. To daje ponad 2 miliardy ludzi zainfekowanych, czyli ok. 1/3 populacji. W Polsce szacuje się, że ponad 60% osób jest zakażonych H. pylori.

Prawdopodobieństwo wystąpienia infekcji H. pylori przedstawia się następująco:

·        

Rysunek 3. Infekcje Helicobacter pylori korelują ze statusem społeczno-ekonomicznym. (źródło: IFHII: About Helicobacter pylori. International Foundation for Helicobacter and Intestinal Immunology 1997. rys3).

Czym są wrzody żołądka?

Wrzód żołądka to ubytek w ścianie żołądka, który obejmuje błony: mięśniową, śluzową i wywoływany jest w większości przypadków przez bakterie Helicobacter pylori, a nie jak wcześniej sądzono przez stres czy ostre jedzenie. Tylko u niektórych osób zakażonych H. pylori rozwija się choroba wrzodowa co może wynikać z faktu, iż niektórzy z nas są bardziej wrażliwi na obecność intruza lub też mogą istnieć bardziej i mniej zjadliwe szczepy bakterii, co wiąże się z ich dużą zmiennością genetyczną.

·        

Rysunek 4. Obraz mikroskopowy stanu zapalnego i wrzodów żołądka (źródło: Ateneo de Adolescencia, Dpto. de Pediatría - CEMIC, 06.11.03, zmienione).

Jakie objawy towarzyszą obecności H. pylori w żołądku?

Niektórzy z nas mają wrzody nic o tym nie wiedząc, ponieważ nie występują u nich żadne dolegliwości. Jeśli zaś się pojawią, to zwykle są to łagodne bóle głodowe lub nieprzyjemne uczucia pieczenia, zlokalizowane najczęściej w środkowym nadbrzuszu. Objawy pojawiają się zazwyczaj pomiędzy posiłkami lub w nocy i ustępują po spożyciu posiłku. Choroba wrzodowa bywa również przyczyną nieprzyjemnego uczucia rozpierania po posiłkach, a czasem wręcz wymiotów. Do najczęstszych objawów należą bóle zlokalizowane w nadbrzuszu, zgaga, kwaśne lub gorzkie odbijanie. Chory nie ma apetytu, chudnie i czuje niesmak w ustach. Mogą pojawić się zaparcia na przemian z biegunkami oraz nudności i czkawka.

Jak powstają wrzody?

H. pylori produkuje cytotoksynę VacA (vacuolating cytotoxin A) oraz białko CagA (cytotoxin-associated gene A).

Cytotoksyna VacA (vacuolating cytotoxin A)

·        

Rysunek 5. Produkcja VacA (źródło: rys5, zmienione)

Cytotoksyna VacA, będąca autotransporterem, jest produkowana przez komórkę bakteryjną w formie preprotoksyny o masie 140 kDa. Zawiera ona na swoim N-końcu sekwencję sygnalną odcinaną przy przejściu do peryplazmy oraz sekwencję eksportu odcinaną przy przejściu na zewnątrz komórki. Dojrzałe białko ma masę 90 kDa. Ponadto w cytoplazmie ma miejsce cięcie i formowanie dwóch fragmentów: N-terminalny o masie 34 kDa (p34) i C-terminalny o masie 58 kDa (p58), połączone wiązaniami niekowalencyjnymi. Czy cięcie jest wynikiem działania proteazy, czy też dochodzi do autoproteolizy nie zostało jeszcze rozstrzygnięte. W ten sposób tworzą się podjednostki. Sześć lub siedem takich podjednostek tworzy strukturę, która przypomina kwiat. Białko to ma więc budowę oligomeryczną. VacA ma zdolność wbudowywania się w błonę i tworzenia selektywnego kanału anionowego. Następnie dochodzi do endocytozy i cytotoksyna dostaje się do endosomu. Na skutek akumulacji jonów w endosomie woda napływa do środka i tworzą się wakuole wewnątrz komórek nabłonka. W przestrzeni międzykomórkowej dochodzi jednocześnie do zwiększenia napływu jonów Ni2+, Fe3+ i składników odżywczych dla bakterii oraz osłabienia połączeń między komórkami nabłonka.

·        

Rysunek 6. VacA tworzy anionowe kanały w błonie oraz zwiększa napływ jonów Ni2+, Fe3+ do światła żołądka (źródło: Montecucco C, Rappuoli R, 2001. Living dangerously: how Helicobacter pylori survives in the human stomach. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2(6):457-466, zmienione).

CagA (cytotoxin-associated gene A)

Białko to ma masę cząsteczkową 128-146 kDa. Te różnice w masie to wynik rekombinacji między powtórzeniami sekwencji nukleotydowych obejmujących 102 pary zasad. Kodowane jest ono przez „wyspę patogenności”, czyli sekwencję genów odpowiedzialną za patogenezę. Jest ono głównym antygenem występującym na powierzchni komórki bakteryjnej. CagA powoduje uwolnienie IL-8, a to „przyciąga” neutrofile do miejsca reakcji zapalnej. Po uwolnieniu wbudowuje się w błonę cytoplazmatyczną gospodarza i ulega fosforylacji z wykorzystaniem kinaz gospodarza. W komórce dochodzi do stymulacji czynników wzrostu, aktywacji czynników stymulujących polimerazę aktyny, co zaburza funkcjonowanie cytoszkieletu.

·        

Rysunek 7. Działanie białka CagA (źródło: rys7, zmienione).

Leczenie

Nie ma uniwersalnej i niezawodnej metody walki z bakterią. Do leczenia wrzodów stosowana jest cała gama różnych farmaceutyków: antybiotyki, leki hamujące wydzielanie soku żołądkowego, środki ochraniające błonę śluzową żołądka, leki pobudzające regenerację błony śluzowej oraz leki uspakajające. Celem działania antybiotyków jest niszczenie komórek bakteryjnych. Leki hamujące wydzielanie soku żołądkowego to blokery H2 będące inhibitorami kompetycyjnymi. Wiążą się one z receptorami histaminowymi H2 na powierzchni komórek okładzinowych i uniemożliwiają związanie się histaminy. Histamina zaś odgrywa ważną rolę w stymulacji wydzielania soku żołądkowego. Efektem ich działania jest wzrost pH w żołądku. Podobny efekt uzyskuje się po zastosowaniu inhibitorów pompy protonowej. Są to inhibitory enzymu H+, K+ - ATP-azy w komórkach okładzinowych. W wyniku ich działania obserwujemy również wzrost pH w żołądku. Zmiana pH ma istotne znaczenie dla działania bakteriobójczego antybiotyków. Najczęściej stosowane leki w leczeniu wrzodów żołądka są zestawione w tabeli: