Streptokokker er en stor gruppe gram-positive, ikke-motoriske, ikke-sporedannende kokker ca 0,5 -1,2 µm i størrelse. De vokser ofte i par eller kjeder og er negative for oksidase og katalase.
S pyogenes har en tendens til å kolonisere de øvre luftveiene og er svært virulent da det overvinner vertsforsvarssystemet. De vanligste formene for S pyogenes sykdom inkluderer luftveisinfeksjoner og hudinfeksjoner, med forskjellige stammer som vanligvis er ansvarlige for hver form.
S pyogenes cellevegg er veldig kompleks og kjemisk mangfoldig. De antigene komponentene i cellen er virulensfaktorene. De ekstracellulære komponentene som er ansvarlige for sykdomsprosessen inkluderer invasiner og eksotoksiner. Den ytterste kapsel er sammensatt av hyaluronsyre, som har en kjemisk struktur som ligner på bindevev, slik at bakterien kan unnslippe anerkjennelse av verten som et krenkende middel. Dermed unnslipper bakterien fagocytose av nøytrofiler eller makrofager, slik at den koloniserer. Lipoteichoic syre og M proteiner plassert på cellemembranen krysser gjennom celleveggen og stikker utenfor kapselen.
Epitelcelleinvasjon
En karakteristikk av S pyogenes er organismenes evne til å invadere epitelceller. Manglende penicillin for å utrydde S pyogenes fra pasientens hals, spesielt de som bærer S pyogenes, har blitt rapportert i økende grad. Resultatene fra en studie antydet sterkt at hvis bærertilstanden skyldes intraepitelcellestreptokokkeroverlevelse, kan svikt av penicillin å drepe inntatt S pyogenes være relatert til mangel på effektiv penicillininngang i epitelceller. Disse observasjonene kan ha kliniske implikasjoner for å forstå bærere og håndtere S pyogenes-infeksjon.
Bakterielle virulensfaktorer
Celleveggantigenene inkluderer kapselpolysakkarid (C-substans ), peptidoglykan- og lipoteichoinsyre (LTA), R- og T-proteiner og forskjellige overflateproteiner, inkludert M-protein, fimbriale proteiner, fibronektin-bindende proteiner (f.eks. protein F) og cellebundet streptokinase.
C-substansen består av en forgrenet polymer av L-rhamnose og N-acetyl-D-glukosamin. Det kan ha en rolle i økt invasiv kapasitet. R- og T-proteinene brukes som epidemiologiske markører og har ingen kjent rolle i virulens.
En annen virulensfaktor, C5A-peptidase, ødelegger de kjemotaktiske signalene ved å spalte komplementkomponenten i C5A.
M-protein, den viktigste virulensfaktoren, er et makromolekyl innlemmet i fimbriae tilstede på cellemembranen som rager ut på bakteriecelleveggen. Det er den primære årsaken til antigenforskyvning og antigendrift blant GAS. (Se bildet nedenfor.)
Streptococcus gruppe A-infeksjoner. M protein. M-protein binder verten fibrinogen og blokkerer bindingen av komplement til den underliggende peptidoglykanen. Dette muliggjør overlevelse av organismen ved å hemme fagocytose. Stammer som inneholder en overflod av M-protein motstår fagocytose, formerer seg raskt i humant vev og setter i gang sykdomsprosessen. Etter en akutt infeksjon utvikles typespesifikke antistoffer mot M-proteinaktivitet i noen tilfeller.
Selv om slike antistoffer beskytter mot infeksjon av en homolog M-proteintype, gir de ingen immunitet mot andre M-typer. Denne observasjonen er en av faktorene som representerer en viktig teoretisk hindring for S pyogenes-vaksineutformingen, fordi mer enn 80 M serotyper har blitt beskrevet hittil.
Fellesskapsbaserte utbrudd av bestemte streptokokk sykdommer har en tendens til å være assosiert med visse M-typer; derfor har M-serotyping vært veldig verdifullt for epidemiologiske studier.
Bakterielle adherensfaktorer
Minst 11 forskjellige overflatekomponenter av GAS har blitt foreslått for å spille en rolle i vedheft. I 1997 foreslo Hasty og Courtney at GAS skulle uttrykke forskjellige matriser av klebemidler i forskjellige miljønisjer. Basert på gjennomgangen medierer M-protein vedheft til HEp-2-celler, men ikke til bukkale celler, hos mennesker, mens FBP54 medierer vedheft til bukkale celler, men ikke til HEp-2-celler. Protein F formidler vedheft til Langerhans-celler, men ikke til keratinocytter.
En av teoriene som er foreslått med hensyn til prosessen med adhesjon er en 2-trinns modell. Det første trinnet i å overvinne den elektrostatiske frastøtingen av bakteriene fra verten medieres av LTA, som gir svak, reversibel vedheft. Det andre trinnet tar form av fast, irreversibel vedheft formidlet av vevsspesifikt M-protein, protein F eller FBP54, blant andre.Når overholdelse har skjedd, motstår streptokokker fagocytose, formerer seg og begynner å invadere det lokale vevet.
GAS viser enormt og utviklende molekylært mangfold, drevet av horisontal overføring mellom forskjellige stammer. Dette gjelder også når de sammenlignes med andre streptokokker. Anskaffelse av profager står for mye av mangfoldet, og gir ikke bare virulens via fagassosierte virulensfaktorer, men også økt bakteriell overlevelse mot vertsforsvar.
Ekstracellulære produkter og toksiner
Ulike ekstracellulære vekstprodukter og toksiner produsert av GAS er ansvarlige for vertscelleskader og inflammatorisk respons.
Hemolysiner
S pyogenes utdyper 2 forskjellige hemolysiner. Disse proteinene er ansvarlige for hemolysesonen observert på blodagarplater og er også viktige i patogenesen av vevskader i den infiserte verten. Streptolysin O er giftig for et bredt utvalg av celletyper, inkludert hjerteinfarkt, og er sterkt immunogen. Bestemmelsen av antistoffresponsene på dette proteinet (antistreptolysin O titer) er ofte nyttig i serodiagnosen av nylig infeksjon.
Streptolysin S er en annen virulensfaktor som er i stand til å skade polymorfonukleære leukocytter og subcellular organeller. I motsetning til streptolysin O ser det imidlertid ikke ut til å være immunogent.
Pyrogene eksotoksiner
Familien med streptokokk pyrogene eksotoksiner (SPE) inkluderer SPE A, B, C og F. Disse toksinene er ansvarlige for utslett av skarlagensfeber. Andre patogene effekter forårsaket av disse stoffene inkluderer pyrogenisitet, cytotoksisitet og forbedring av følsomheten for endotoksin. SPE B er en forløper for en cysteinprotease, en annen determinant for virulens.
Gruppe A streptokokkisolater assosiert med streptokokk TSS koder for visse SPEer (dvs. A, C, F) som er i stand til å fungere som superantigener. Disse antigenene induserer en markant feberrespons, induserer spredning av T-lymfocytter og induserer syntese og frigjøring av flere cytokiner, inkludert tumornekrosefaktor, interleukin-1 beta og interleukin-6. Denne aktiviteten tilskrives superantigenens evne til samtidig å binde seg til V-beta-regionen i T-celle-reseptoren og til klasse II store histokompatibilitetsantigener av antigenpresenterende mononukleære celler, noe som resulterer i utbredt, uspesifikk T-celleproliferasjon og økt produksjon av interleukin-2.
Nukleaser
Fire antigenisk forskjellige nukleaser (A, B, C, D) hjelper til flytingen av pus og bidra til å generere substrat for vekst.
Andre produkter
Andre ekstracellulære produkter inkluderer NADase (leukotoksisk) , hyaluronidase (som fordøyer bindevev, hyaluronsyre og organismen sin egen kapsel), streptokinaser (proteolytisk) og streptodornase AD (deoksyribonukleaseaktivitet).
Proteinase, amylase og esterase er ytterligere streptokokkvirulensfaktorer, selv om rollen til disse proteinene i patogenesen ikke er fullstendig forstått.
Suppur ativt sykdomsspekter
Streptokokkfaryngitt
S pyogenes forårsaker opptil 15-30% av tilfellene av akutt faryngitt. Frank sykdom oppstår basert på graden av bakteriell virulens etter kolonisering av øvre luftveier. Nøyaktig diagnose er viktig for riktig valg av antibiotika.
Impetigo
Pyoderma er den vanligste formen for hudinfeksjon forårsaket av GAS . Også referert til som streptokokk impetigo eller impetigo contagiosa, det forekommer oftest i tropiske klimaer, men kan også være svært utbredt i nordlige klima, spesielt i sommermånedene. Risikofaktorer som disponerer for denne infeksjonen inkluderer lav sosioøkonomisk status; lavt nivå av generell hygiene; og lokal skade på huden forårsaket av insektbitt, scabies, atopisk dermatitt og mindre traumer. Kolonisering av ubrutt hud går forut for utviklingen av pyoderma med ca. 10 dager.
Streptokokkpyoderma kan forekomme hos barn som tilhører visse befolkningsgrupper og i overfylte institusjoner. Overføringsmåtene er direkte kontakt, miljøforurensning og husfluer. Stammer av streptokokker som forårsaker pyoderma skiller seg fra de som forårsaker eksudativ tonsillitt.
Bakterietoksinene forårsaker proteolyse av epidermale og subepidermale lag, slik at bakteriene sprer seg raskt langs hudlagene og dermed forårsake blemmer eller purulente lesjoner. Den andre vanlige årsaken til impetigo er Staphylococcus aureus.
Lungebetennelse
Invasiv GAS kan forårsake lungeinfeksjon, ofte med rask progresjon til nekrotiserende lungebetennelse.
Nekrotiserende fasciitt
Nekrotiserende fasciitt er forårsaket av bakteriell invasjon i det subkutane vevet, med påfølgende spredning gjennom overfladisk og dyp fascial fly. Spredning av GAS støttes av bakterietoksiner og enzymer (f.eks. Lipase, hyaluronidase, kollagenase, streptokinase), interaksjoner mellom organismer (synergistiske infeksjoner), lokale vevsfaktorer (f.eks. Redusert blod- og oksygentilførsel) og generelle vertsfaktorer (f.eks. , immunkompromittert tilstand, kronisk sykdom, kirurgi).
Når infeksjonen sprer seg dypt langs de fasciale planene, oppstår vaskulær okklusjon, vevskemi og nekrose. Selv om GAS ofte isoleres i tilfeller av nekrotiserende fasciitt, er denne sykdomstilstanden ofte polymikrobiell.
Otitis media and sinusitis
Dette er vanlige suppurative komplikasjoner av streptokokk tonsillofaryngitt. De er forårsaket av spredning av organismer via eustachian tube (otitis media) eller av direkte spredning til bihulene (bihulebetennelse).
Ikke-suppurativt sykdomsspekter
Akutt revmatisk feber
ARF er en forsinket, ikke-suppurativ følge av GAS tonsillofaryngitt. Etter faryngitt går det en latent periode på 2-3 uker før tegn eller symptomer på ARF dukker opp. Sykdommen har forskjellige kliniske manifestasjoner, inkludert leddgikt, karditt, chorea, subkutane knuter og erytem marginatum.
Revmatisk feber kan være et resultat av vertsgenetiske disposisjon. Sykdomsgenet kan overføres enten på en autosomal-dominerende måte eller på en autosomal-recessiv måte, med begrenset penetrans. Imidlertid har sykdomsgenet ennå ikke blitt identifisert.
Betydelig bevis støtter sammenhengen mellom gruppe A streptokokkinfeksjoner i øvre luftveier og ARF, men bare visse M-gruppe serotyper (dvs. 1, 3, 5, 6, 18, 24) er assosiert med denne komplikasjonen. Svært mucoid stammer, spesielt stammer av M type 18, har dukket opp i mange samfunn før det dukket opp revmatisk feber. Revmatisk feber observeres hyppigst hos barn i alderen 5-15 år (aldersgruppen som er mest utsatt for GAS-infeksjoner).
Angrepsfrekvensen etter øvre luftveisinfeksjon er omtrent 3% for personer med ubehandlet eller utilstrekkelig behandlet infeksjon. Den latente perioden mellom GAS-infeksjonen og utbruddet av revmatisk feber varierer fra 2-4 uker. I motsetning til poststreptokokk glomerulonefritt (PSGN), som kan følge enten faryngitt eller streptokokk pyoderma, kan revmatisk feber bare oppstå etter en infeksjon i øvre luftveier.
Til tross for dybden av kunnskap som er akkumulert om den molekylære mikrobiologien til Streptococcus pyogenes, forblir patogenesen av ARF ukjent. En direkte effekt av et streptokokk ekstracellulært toksin, spesielt streptolysin O, kan være ansvarlig for patogenesen av ARF, ifølge noen hypoteser. Observasjoner om at streptolysin O er kardiotoksisk i dyremodeller støtter denne hypotesen, men det har vært vanskelig å knytte denne toksisiteten til klaffen som er observert i ARF.
En mer populær hypotese er at en unormal vertsimmunrespons mot noen komponent i gruppen A Streptococcus er ansvarlig. M-proteinet fra GAS deler visse aminosyresekvenser med noen humane vev, og dette er blitt foreslått som en kilde til kryssreaktivitet mellom organismen og den humane verten som kan føre til en immunpatologisk immunrespons. Også antigen likhet mellom det gruppespesifikke polysakkaridet av S pyogener og glykoproteiner som er funnet i humane og bovine hjerteklaffer, er blitt anerkjent, og pasienter med ARF har forlenget utholdenhet av disse antistoffene sammenlignet med kontroller med ukomplisert faryngitt. Andre GAS-antigener ser ut til å krysse reagerer med kardiale sarkolemmamembraner.
I løpet av vertsens immunrespons mot GAS, kan vertsantigenene, som et resultat av denne molekylære etterligningen, forveksles med fremmed; dette fører til en inflammatorisk kaskade med resulterende vevsskade. Hos pasienter med ARF med Sydenham chorea er vanlige antistoffer mot antigener funnet i S pyogenes-cellemembranen og caudatkjernen i hjernen, noe som ytterligere støtter konseptet med en avvikende autoimmun respons i utviklingen av ARF.
Interessen for om slike autoimmune responser spiller en rolle i patogenesen av syndromet kjent som pediatriske autoimmune nevropsykiatriske lidelser assosiert med streptokokkinfeksjoner (PANDAS) har vært betydelig, selv om det er behov for videre arbeid for å etablere sammenhengen mellom streptokokkinfeksjoner og disse syndromene.
Poststreptokokkglomerulonefritt
Glomerulonefritt kan følge gruppe A streptokokkinfeksjoner i enten svelget eller huden, og forekomsten varierer med utbredelse av såkalte nefritogene stammer av gruppe A streptokokker i samfunnet. Type 12 er den hyppigste M-serotypen som forårsaker PSGN etter faryngitt, og M type 49 er den serotypen som er mest relatert til pyoderma-assosiert nefritt. Den latente perioden mellom GAS-infeksjon og begynnelsen av glomerulonefritt varierer fra 1-2 uker.
Patogenese synes å være immunologisk mediert. Immunglobuliner, komplementkomponenter og antigener som reagerer med streptokokkantisera er til stede i glomerulus tidlig i løpet av sykdommen, og antistoffer fremkalt av nefritogene streptokokker postuleres til å reagere med nyrevev på en slik måte at de fremmer glomerulær skade. I motsetning til akutt revmatisk feber er gjentakelser av PSGN sjeldne. Diagnose av PSGN er basert på klinisk historie, fysiske undersøkelsesfunn og bekreftende bevis for nylig streptokokkinfeksjon.
Toxic shock syndrome
Alvorlige GAS-infeksjoner assosiert med sjokk og organsvikt har blitt rapportert med økende frekvens, hovedsakelig i Nord-Amerika og Europa. i den grad de fleste tilfeller forekommer i forbindelse med bløtvevsinfeksjoner. Imidlertid kan streptokokk TSS også forekomme i forbindelse med andre fokale streptokokkinfeksjoner, inkludert svelginfeksjon.
Patogenesen til streptokokk TSS ser ut til å være relatert delvis til evnen til visse ( A, C, F) streptokokk pyogene eksotoksiner (SPE) for å fungere som superantigener.
Skarlagensfeber
Når et fint, diffust, erytematøst utslett er tilstede i forbindelse med akutt streptokokkfaryngitt, sykdommen kalles skarlagensfeber. Utslett av skarlagensfeber er forårsaket av pyrogene eksotoksiner (dvs. SPE A, B, C og F). Utslett avhenger sterkt av toksinuttrykk; eksisterende humoristisk immunitet mot det spesifikke SPE-toksinet forhindrer kliniske manifestasjoner av skarlagensfeber.
Skarlagensfeber har tilsynelatende blitt mindre vanlig og mindre virulent enn de siste tiårene; imidlertid er forekomsten syklisk, avhengig av forekomsten av toksinproduserende stammer og immunstatusen til befolkningen. Overføringsmåter, aldersfordeling av tilfeller og andre epidemiologiske trekk er lik de for streptokokkfaryngitt.
Sykdommer i sentralnervesystemet
Det primære beviset for poststreptokokk autoimmunt sentralnervesystem (CNS) sykdom er gitt av studier av Sydenham chorea, den nevrologiske manifestasjonen av revmatisk feber. Rapporter om tvangslidelse (OCD), tiklidelser og andre nevropsykiatriske symptomer som forekommer i forbindelse med gruppe A beta-hemolytiske streptokokkinfeksjoner antyder at ulike CNS-følgevirkninger kan utløses av poststreptokokk autoimmunitet.