میکروبیولوژی

Helicobacter pylori میکروارگانیسمی است که بیش از نیمی از مردم جهان را مبتلا به عفونت ساخته و به عنوان مهمترین عامل  شروع گاستریت, زخم معده و اثنی عشر و سرطان معده در تمام جهان مورد توجه قرار گرفته است.این باکتری دارای تنوع ژنتیکی بوده و رایج ترین عفونت باکتریایی مزمن در میان انسانهاست.شواهدوگزارشات متنوع وگسترده ای در مورد نقش این باکتری در بیماری های خارج معده ای مشاهده می شود.که برخی بررسی هااشاره به شواهد متقاعد کننده ای در نقش این باکتری ها در برخی بیماری ها از جمله بیماری های قلبی و عروقی , IDA , CIU , ITP دارد. در بسیاری از موارد نیز اختلاف نظر مشاهده می شود.

Warren و Marshal در سال 1983 برای اولین بار این باکتری خمیده و مارپیچی گرم منفی را در بیوپسی معده اکثر بیماران مبتلا به گاستریت مزمن و زخم معده شناسایی و آن را(Campylobacter- like organism) نامیدند. پس نام باکتری را به Campylobacter pyloridis تغییر دادند. پیلوریس مشخصة محلی است که باکتری معمولاً از آن جدا می‌شود.از آنجایی که گرامر این نام نادرست بود آن را Campylobacter pylori نامیدند.

هلیکوباکتر پیلوری باکتری گرم منفی، خمیده، مارپیچی، S شکل، میکروآئروفیلیک به ابعاد 5/3-5/2 * 1-5/0 میکرون و دارای یک یا دو پیچ می‌باشد. این باکتری فاقد اسپور و متحرک می‌باشد. تاژک این باکتری  بر خلاف C. Jejuni دارای غلاف و پوشش دار است. تعداد تاژک‌های باکتری چهار تا شش عدد می‌باشد و در یک قطب سلول قرار دارند. تاژک‌ها از یک ناحیه پیاز مانند (Bulb) از انتهای باکتری خارج می‌شوند. هلیکوباکترپیلوری دارای حرکت چرخشی و خزشی است و در محیط‌های ویسکوز مثل مخاط معده حرکت آن بهتر و سریع‌تر می‌باشد.

هلیکوباکترپیلوری باکتری اوره‌آز، کاتالاز و اکسیداز مثبت است.

هلیکوباکترپیلوری از گلوکز بعنوان تنها منبع اصلی برای فسفوریلاسیون در سطح سوبسترا استفاده می‌کند. این باکتری همچنین از تجزیة سرین، رنین، آسپارتات و پرولین انرژی بدست می‌آورد. مسیرهای متابولیکی گلوکز – گلوکونئوژنز چهارچوب تولید انرژی و نقطه شروع اکثر مسیرهای بیوسنتتیکی می‌باشد. متابولیسم پیروات، منعکس کننده ویژگی میکروآئروفیل بودن این ارگانیسم می‌باشد.توالی ژنوم کامل هلیکوباکترپیلوری سویه 26695 توسط گروهی از دانشمندان در سال 1997 تعیین شده است. این باکتری دارای یک ژنوم حلقوی متشکل از 1667867 جفت باز می‌باشد. 1590 توالی کد کننده در این ژنوم شناخته شده است. آنالیز توالی‌ها نشان می‌دهد که هلیکوباکتر پیلوری دارای سیستم پیشرفته برای حرکت، بدست آوردن آهن، تعدیل و تغییر DNA می‌باشد.

یکی از شگفتی‌های حاصل از بررسی ژنوم این باکتری کشف تعدادی از مکانیسم‌های تغییر آنتی ژنیک Antigenic variation می‌باشد. وجود نواحی بسیار متغیر (Hyper variable) در ژن هایی که کد کنند ساختار سطحی باکتری می‌باشد به باکتری این امکان را می‌دهد که از واکنش‌های ایمنی میزبان با تغییر در آنتی ژن‌های سطحی خود فرار کند. هلیکوباکتر پیلوری به قدری از نظر ژنتیکی متنوع است که هر دو سویه مستقل می‌توانند بوسیله آنالیز ژنتیکی متعدد مانند آنالیز بوسیله آندونوکلئاز های با اثر محدود، RFLP (Restriction Fragment length polymorphism) ، ریبوتایپینک و Sequencing تشخیص داده شوند. انتقال پلاسمیدی در هلیکوباکترپیلوری گزارش نشده است. امّا در 48 تا 58% سویه‌های وحشی پلاسمید شناسایی شده است.

هلیکوباکترپیلوری دارای ساختار تیپیک دیوارة سلولی باکتری‌های گرم منفی می‌باشد. اسیدهای چرب این باکتری غالباً اسیدهای 18، 16، 14 و 19 کربنه می‌باشند. فسفاتیدیل کولین (9/1%) تشکیل دهندة گروه‌های سر قطبی فسفولیپیدها خنثی می‌باشند. فسفولیپیدهای اسیدی حاوی فسفاتیدیک اسید (7/52%) و فسفاتیدیل سرین (3/47%) می‌باشند.

عوامل ویرولانسی:

در هلیکوباکترپیلوری فاکتورهای ویرولانسی متعددی از قبیل شکل اسپریل و قابلیت حرکت ,آنزیم کاتالاز، پروتئین‌های مهار کننده , ترشح اسید معده، اتّصال مولکول‌های چسبندگی هلیکوباکتر پیلوری و آنزیم اوره آز شناسایی شده است. در بین فاکتورهای مذکور از همه مهمتر آنزیم اوره‌آز است که به علّت دارا بودن فعالیت شدید این آنزیم از اجزای مهم این باکتری شناخته شده است.

اوره آز:

 آنزیم اوره آز یکی از مهمترین عوامل ویرولانس هلیکوباکترپیلوری می‌باشد. مقدار آنزیم اوره‌آز تولید شده توسط هلیکوباکترپیلوری بسیار زیاد می‌باشد. اوره‌آز هلیکوباکترپیلوری دارای یک ساختمان هگزادایمر حاوی نیکل می‌باشد .وازدو زیر واحد (30kd) Ure A و) Ure B (62kd ساخته شده است.و برای فعالیت آنزیم وجود هر دو ذره زیر واحد ضروری می‌باشد.

فعالیت اوره‌آزی هلیکوباکترپیلوری دو برابر آنزیم اوره‌آز پروتئوس میرابیلیس و حدوداً هفت برابر آنزیم اوره‌آز سایر کلی فرم‌های اوره‌آز مثبت می‌باشد. پائین بودن ثابت میکائیلس (KM) این آنزیم (حدوداً mm 45/0) با آن اجازه می‌دهد که در غلظت های خیلی کم اوره دارای فعالیت کاتالیتیکی بالایی باشد.

 تنظیم فعالیت آنزیم اوره آز بسیار پیچیده است و حداقل نه ژن دیگر (Urea C, D, E, F, G, H, I, j, K) علاوه بر ژنهای Ure A و Ure B در این کار دخالت دارند. علاوه بر این فعالیت اوره‌آز بوسیلة قابلیت دسترسی به نیکل تنظیم می‌شود که این به نوبة خود توسط پروتئین منتقل کننده نیکل با نام Nix A تنظیم می‌گردد.

آنزیم اوره آز نقش مهمی در بیماری زایی هلیکوباکترپیلوری بازی می‌کند. این آنزیم با هیدرولیز اوره به آمونیاک و دی اکسید کربن به زنده ماندن و بقاء باکتری در محیط اسیدی معده کمک می‌کند.

بر طبق مطالعات انجام شده، مشخص گردیده است که سویه‌های اوره‌آز منفی هلیکوباکترپیلوری قادر به کلونیزه شدن در مخاط و معده حیوانات آزمایشگاهی نمی‌باشد. در یک مطالعه دیگر مشاهده شد، تجویز دهانی - معده‌ای اسید استوهیدروکسامیک که یک مهار کنندة اختصاصی فعالیت اوره‌آز می‌باشد، بطور مشخصی کلونیزه شدن H. felis را در مخاط معدة موش کاهش می‌دهد.

علاوه بر نقش آنزیم اوره آز در خنثی کردن اسید، تسهیل کلونیزه شدن باکتری و نقش تغذیه‌ای آنزیم اوره‌آز باعث رساندن آسیب به سلول‌های مخاط معده می‌شود. که این اثر می‌تواند به عنوان یک سیتوتوکسین برروی سلول‌های مخاط معده اثر کند و یا می‌تواند باعث تخریب اتصالات بین سلولی شده و منجر به خروج یونها از سلول‌ها شود. آمونیاک تولید شده باعث قطع تنفس میتوکندریایی و سلولی می‌شود و در نتیجه با کاهش بقاء سلول‌ها منجر به تخریب مخاط می‌گردد.

Induced by contact with epithelial cell) ice A  )

ژن ice A هلیکوباکترپیلوری، به عنوان یک شاخص ژنتیکی برای پیشرفت و تکامل بیماری زخم اثنی عشر در شرق شناخته شده است. این ژن توسط Peek و همکارانش معرفی شد. Ice A دارای دو آلل ice A₁ و ice A₂ می‌باشد. آلل اول پروتئین مشابه آنزیم آندونوکلئاز nlaIII R در نایسریالاکتامیکا (N. lactamica) راکد می‌کند. و ice A₂ پروتئین با 59 اسید آمینه راکد می‌کند.وبه ice A₁ وابسته نیست. نقش ژن ice A در عفونت انسانی هنوز مشخص نشده است. بیان یکی از این دو به شیوع جغرافیایی و به بیماری بستگی دارد. تحقیقات و مطالعات نشان داده است که ice A در هلند و آمریکا، با پپتیک اولسر مرتبط بوده ولی در کشورهایی مانند ژاپن، کره و کلمبیا این ارتباط وجود ندارد.

لیپوپلی ساکارید و نقش آن در بیماری زایی:

لیپوپلی ساکارید هلیکوباکترپیلوری بخاطر ساختار اسیدهای چرب موجود، ظاهراً دارای یک ساختمان غیر معمول می‌باشد. این اسیدهای چرب به همراه 3- هیدروکسی اکتانوئیک اسید ناحیه هیدروفوب لیپید A را می‌سازند. این اسید چرب در بروسلا، فرانسیسلا و استینوباکتر هم دیده شده است. بخش لیپید A، لیپو پلی ساکارید هلیکوباکترپیلوری فعالیت بیولوژیک کمتری نسبت به LSP سایر باکتری‌های روده‌ای دارد. بعضی سویه‌های H. Pylori دارای زنجیرة جانبی نردبان مانند شبیه زنجیرة جانبی سویه‌های صاف (smooth) انتروباکتریاسه می‌باشند و بقیه دارای تیپ خشن (Rough) شبیه اکثر سویه‌های C. jejuni هستند. هنگامی که سویه‌ها روی محیط‌های جامد رشد کنند با فرم خشن تغییر می‌یابند و وقتی در محیط مایع رشد کنند می‌توانند به فرم‌ صاف برگردد. اگر چه آنتی ژنهای بخش مرکزی LSP مشترک می‌باشند، ولی آنتی ژنهای زنجیرة جانبی اختصاصی هستند. توزیع آنتی ژنهای LPS اختصاصی در بین سویه‌ها با توزیع آنتی ژن‌های پروتئینی تفاوت دارد. تفاوتهای آنتی ژن مربوط به LPS در سویه‌های مختلف، تست‌های ایمونوبلاتینگ و هماگلوتیناسیون تشخیص داده می‌شوند.

طبق مطالعات انجام شده مشخص گردید که LPS هلیکوباکترپیلوری فعالیت بیولوژیک کمی دارد. مطالعات اولیه نشان داد میزان کشندگی LPS هلیکوباکترپیلوری در موش در مقایسه با LPS سالمونلا 500 برابر کمتر می‌باشد.

مطالعات نشان می‌دهد که سمیّت کم LPS هلیکوباکترپیلوری بخاطر انتقال آهسته آن از LPS باندینگ پروتئین به CD₁₄ می‌باشد که آخرین رسپتور سلولی آندوتوکسین می‌باشد. LPS هلیکوباکترپیلوری با محدود کردن القاء پاسخ ایمنی میزبان می‌تواند باعث طولانی شدن عفونت با H. pylori ‌شود.

LPS هلیکوباکترپیلوری می‌تواند نقش مهمی در القاء پاسخ‌های اتوایمیون در مخاط معده داشته باشد. ساختمان آنتی ژن اختصاصی O لیپو پلی ساکارید سویه‌های مختلف هلیکوباکترپیلوری مشابه آنتی ژن‌های گروه خونی Lewis ^x و Lewis ^y میزبان می‌باشد. که در مخاط معدة انسان سالم بیان می‌شوند. این شباهت مولکولی می‌تواند دلیلی برای تعدادی از اتوآنتی بادی‌های معده‌ای القاء شده بوسیلة هیلکوباکترپیلوری باشد. Appelmelk و همکارانش نشان دادند که زنجیرة بتّا پمپ پروتون H⁺ و K⁺ دارای اپی توپ‌های Lewis ^y می‌باشد. آنتی بادی ضد Lewis با فرکانس بیشتری در سویه‌های (cytotoxin associated gene A) Cag A مثبت در مقایسه با سویه‌های Cag A منفی توانایی بالایی در تحریک پاسخ‌های اتوایمیون دارند و Cag A مثبت بودن با گاستریت آتروفیک همراه است. به هر حال در افراد آلوده شده با هلیکوباکتر پیلوری که فاقد آنتی سرمی علیه Lewis ^x هستند ریسک ابتلا به گاستریت آتروفیک بالا می‌باشد.

سیتوتوکسین واکوئله کننده(  Vac A (Vacuolating Cytotoxin A

تقریباً 50% همة نژادهای هلیکوباکتر پیلوری Vac A ترشح می‌کنند، Vac A پروتئینی با خاصیت ایمونوژنیک بالا و 95 کیلودالتون است. در سلولهای اپی تلیال در محیط مصنوعی سبب تولید حفرات بزرگ می‌شود.

Vac A نقش مهمی را در سرطان معده و زخم‌های گوارشی ایفا می‌کند. گزارش‌های نشان می‌دهد که Vac A در کلونیزه شدن باکتری در معده موش نقش دارند. سویه‌های هلیکوباکترپیلوری که حاوی الل‌های Vac A  S1/M1 می باشند همراه با ریسک بالای سرطان معده و صدمه به سلول‌های اپیتلیال معده ای در مقایسه با سویه‌های S2/M1 Vac A هستند. در نواحی که سرطان معده به فراوانی یافت می‌شود از جمله کلمبیا و ژاپن بیشتر سویه‌های حاوی آلل‌های تیپ S1/M1 هستند.

سایتو توکسین همراه با ژن( A (Cag A

سویه‌های Helicobacter pylori را می‌توان براساس توانایی امکان تولید یک پروتئین ایمونودومیننت kb 140-120 که Cag A نامیده شده، به دو زیر جمعیت طبقه‌بندی کرد. Cag A بوسیله ژن Cag A کد می‌شود. این ژن در انتهای جزیرة پاتوژنیته (Cag PAI) Cag واقع شده است که یک 40kb DNA  می‌باشد و دارای وزن معادل 140 کیلودالتون است.و دارای قدرت ایموژنیته فراوان می‌باشد.

نظر بر این است که این قسمت بوسیلة انتقال عمودی از یک سویه ناشناسی بداخل ژنوم این باکتری منتقل گردیده است. بیشتر از 90 تا 95 درصد از سویه‌های H. Pylori جدا شده در کشورهای آسیای شرقی از قبیل ژاپن کره و چین Cag PAI را حمل می‌کنند و بنابراین Cag A مثبت هستند. در مقابل، 40 درصد از سویه‌های جدا شده در کشورهای غربی از قبیل کشورهای اروپایی، آمریکا و استرالیا Cag A منفی هستند.

عفونت با سویه‌های H. Pylori CagA مثبت همراه با گاستریت آتروفیک سخت و سرطان می‌باشد. این ژن تقریباً در 50 تا 70 درصد نژادهای هلیکوباکترپیلوری یافت می‌شود.

شکل مارپیچی و حرکت و نقش آنها در بیماری زایی

هلیکوباکتر پیلوری، باکتری مارپیچی شکل می‌باشد که بخاطر داشتن چهار تا شش تاژک پوشش دار دارای تحریک زیادی می‌باشد. داشتن شکل مارپیچی و حرکت برای کلونیزاسیون باکتری در معده ضروری می‌باشد. این دو ویژگی باعث نفوذ و انتشار باکتری در لایة مخاطی ویسکوز (چسبنده) پوشاننده اپیتلیوم معده می‌شوند، بعبارت دیگر باعث فرار باکتری از PH بسیار اسیدی معده و حرکات پریستالتیسم معده‌ای می‌شوند. حداقل 4 پروتئین در ژنوم هلیکوباکترپیلوری وجود دارند که در تنظیم، ترشح و در کنار هم قرار گرفتن ساختارهای تاژکی نقش دارند.

داروهای ضد هلیکوباکتر پیلوری