Bakterie Pseudomonas - charakterystyka mikrobiologiczna
Pseudomonas aeruginosa to tlenowa bakteria Gram-ujemna przyjmująca formę pałeczek. Nazywana jest również pałeczką ropy błękitnej ze względu na niebieskozielony pigment (piocyjaninę), który produkuje. Znana jest z wyjątkowej zdolności przetrwania w trudnym środowisku. W warunkach naturalnych spotykana jest w glebie, wodzie i innych wilgotnych miejscach, a także na powierzchniach roślin i czasami na skórze zwierząt. Może występować również w organizmie człowieka.
W przeciwieństwie do innych patogenów występujących w wodzie, Pseudomonas potrafi rozwijać się w szerokim zakresie temperatur i w środowiskach ubogich w składniki odżywcze – nawet w wodzie destylowanej. Posiada elastyczne zdolności metaboliczne – do pozyskiwania energii wykorzystuje różne źródła węgla i azotu. Może rosnąć beztlenowo, w obecności NO3.Co sprawia, że Pseudomonas jest tak niebezpieczna?
Bakterie Pseudomonas posiadają wysoką zmienność genetyczną, dzięki której łatwo dostosowują się do panujących warunków i nabierają odporności na środki dezynfekcyjne, bakteriobójcze czy antybiotyki. Posiadają zdolność rozkładania niektórych antybiotyków przez produkowane enzymy i wydalania ich z komórki przez specjalne mechanizmy w jej ścianie.
Bakterie Pseudomonas wytwarzają wiele czynników wirulencji – barwników, enzymów i toksyn. Mają również wysokie zdolności do tworzenia biofilmu – wielokomórkowych struktur przylegających do powierzchni instalacji wodnych. Bakterie te są znane z tego, że potrafią przetrwać w głębi biofilmu nawet w czasie wielokrotnej dezynfekcji, np. przez chlorowanie.
Zdolność bakterii do tworzenia biofilmu sprawia, że ich usunięcie z wewnętrznych powierzchni instalacji wodnych staje się trudniejsze.
Pseudomonas a Legionella
Bakterie Pseudomonas pod wieloma względami wykazują podobieństwo do bakterii Legionella. Obejmuje ono takie cechy, jak:
obecność i namnażanie się w rezerwuarach wodnych,
silne powiązanie z biofilmami,
możliwość występowania wewnątrz wolnożyjących ameb,
wymagania wzrostowe – optymalny wzrost w temperaturze 25°C-45°C i jego zahamowanie w niższych i wyższych temperaturach,
sposoby transmisji – w szczególności poprzez aerozol wodno-powietrzny.
Bakterie obu tych gatunków mogą ze sobą współistnieć, szczególnie w biofilmie. Szacuje się, że 95% drobnoustrojów w instalacjach wodnych znajduje się w biofilmach, a jedynie 5% w fazie wolnej, dlatego często skażenia nie są wykrywane rutynowymi badaniami. Ze względu na podobieństwo obu gatunków, do zwalczania bakterii Pseudomonas można stosować podobne metody jak w przypadku Legionelli, z taką samą uważnością pod kątem usunięcia biofilmu. O metodach tych wspomnimy w dalszej części artykułu.
Dowiedz się więcej: Bakterie w wodzie – co należy wiedzieć i jak się przed nimi uchronić?
Skąd bierze się Pseudomonas w wodzie?
Pseudomonas dostaje się do wewnętrznych instalacji wodnych najczęściej z wodą wodociągową, w której mogą występować jej śladowe ilości. W źle zaprojektowanej, przestarzałej, zanieczyszczonej czy niedostatecznie często dezynfekowanej instalacji wodnej budynku bakterie mogą namnażać się, kolonizując system. Pseudomonas w wodzie może pojawić się również na skutek prac budowlanych w instalacji, a także awarii i wadliwie zaprojektowanych systemów wodnych.
Bakterie Pseudomonas mogą pojawiać się w instalacji, która jest zakamieniona, zanieczyszczona czy zardzewiała. W szczególności bakterie rozwijać się mogą na końcówkach instalacji, tj. na sitkach kranów czy słuchawkach prysznicowych, gdzie mają dostęp tlenu.
Gdzie może rozwijać się Pseudomonas w instalacji?
Najczęstsze miejsca kolonizacji bakterii Pseudomonas w instalacji to miejsca, gdzie dochodzi do zastoju wody, a także końcówki instalacji, gdzie posiadają one dostęp do tlenu. W szczególności można wymienić:
końcówki instalacji wodnych (słuchawki prysznicowe, wylewki kranów, perlatory, syfony),
armatura wodna (w szczególności tuleje czy uszczelki),
zbiorniki magazynujące wodę,
instalacje HVAC,
baseny, brodziki i wanny z hydromasażem,
urządzenia medyczne i sprzęt czyszczący,
inne miejsca, w tym wazony na kwiaty, zabawki do wody czy kostkarki do lodu.
Mechanizm kolonizacji instalacji przez bakterie P. aeruginosa
Pseudomonas może kolonizować instalacje wodne przede wszystkim dzięki swojej zdolności do przeżywania w trudnych warunkach środowiska, szerokim zakresie temperatur i przy braku obecności składników odżywczych. Może rozwijać się zarówno w instalacjach ciepłej, jak i zimnej wody.
Kolonizację ułatwia zdolność Pseudomonas do tworzenia biofilmu, w którym może przetrwać nawet dezynfekcję instalacji. Zakamienienie instalacji czy korozja rur sprzyjają przetrwaniu bakterii, dostarczając jej składników odżywczych niezbędnych do rozwoju.
Zagrożenia zdrowotne związane z bakteriami Pseudomonas aeruginosa
Bakterie Pseudomonas aeruginosa mogą dostać się do organizmu człowieka przez kontakt ze skażoną wodą (np. kąpiel lub prysznic) i inhalację aerozolu wodnego, a także poprzez kontakt wody z wnętrzem organizmu, np. przez rany, oczy, uszy, nos czy jamę ustną. W warunkach szpitalnych drogą zakażenia mogą być także cewniki, wenflony czy respiratory. Bakterie zdolne są do wywoływania zakażeń niemal każdego narządu i tkanki w organizmie człowieka, jednak dla większości osób pałeczka ropy błękitnej nie jest niebezpieczna.
Bakterie Pseudomonas, podobnie jak Legionella, mogą wywoływać groźne zapalenie płuc. Na zakażenie szczególnie narażone są osoby cierpiące na mukowiscydozę i inne przewlekłe choroby tego narządu.
Kiedy Pseudomonas aeruginosa mogą stanowić zagrożenie?
Dla przeciętnej, zdrowej osoby kontakt z P. aeruginosa nie musi być groźny. Jest to patogen oportunistyczny, czyli tak, który wywołuje chorobę tylko w określonych warunkach osłabionej odporności. Problem może pojawić się wtedy, gdy mamy do czynienia z osobami:
z obniżoną odpornością (pacjenci onkologiczni, po transplantacjach, leczeni immunosupresyjnie, chorzy na AIDS),
z przewlekłymi chorobami płuc (np. mukowiscydoza, choroby hematologiczne),
leczonymi na oddziałach intensywnej terapii (szczególnie poddawanych wentylacji za pomocą respiratora),
poddawanymi zabiegom,
stosującymi narkotyki dożylne,
noworodkami, szczególnie przebywającymi na oddziale neonatalnym.
Częstość występowania zakażeń Pseudomonas
W Wielkiej Brytanii bakterie Pseudomonas stanowią siódmą pod względem częstości przyczynę bakteriemii, odpowiadając za 4% jej przypadków. W USA 20% szpitalnych zakażeń płuc jest spowodowanych przez P. aeruginosa, przy czym w 30% źródło zachorowania to woda. Bakteria jest drugą najczęstszą przyczyną zapaleń płuc związanych z użyciem respiratora i siódmą – bakteriemii odcewnikowej.
Większość zakażeń Pseudomonas ma miejsce właśnie w środowisku szpitalnym, w szczególności na oddziałach intensywnej terapii. Badanie Trautmann i in. mówi o nawet 29% zakażeniach pacjentów tych oddziałów przez P. aeruginosa, przy czym za przyczynę skażenia uznano wodę kranową. W wielu badaniach stwierdzono obecność tej bakterii w 9,7-68,1% próbek wody z kranów na OIOM.
Zdecydowanie rzadziej stwierdza się zakażenie odmianą Pseudomonas o mniejszej wirulencji – P. putida. Bakterie te stwierdza się sporadycznie np. u noworodków na oddziale intensywnej terapii.
Zakażenia Pseudomonas są często spotykane na Oddziałach Intensywnej Terapii, szczególnie na oddziałach neonatologicznych. Noworodki są grupą szczególnie narażoną na zachorowanie.
Jak przebiega zakażenie Pseudomonas aeruginosa?
Bakterie Pseudomonas wytwarzają duże ilości różnorodnych czynników wirulencji. Są to różnego rodzaju enzymy i toksyny, które ułatwiają kolonizację i niszczenie tkanek gospodarza, a także osłabiają odpowiedź immunologiczną. Zależnie od miejsca, w którym doszło do zakażenia, objawy zachorowania mogą być różne. Najczęściej zakażenia przybierają formy takie, jak:
zakażenia skóry i ran (szczególnie oparzeń, lecz także mieszków włosowych czy okolicy okołopaznokciowych – tzw. „zespół zielonych paznokci”),
zakażenia układu oddechowego (w tym w postaci groźnego zapalenia płuc, szczególnie u osób z mukowiscydozą i długotrwale wentylowanych poprzez respirator),
infekcja zatok i/lub ucha zewnętrznego (tzw. „ucho pływaka”),
zakażenia układu moczowego,
zakażenie opon mózgowo-rdzeniowych,
zapalenie wsierdzia, kości i stawów,
zakażenie przewodu pokarmowego (tzw. gorączka Shanghai),
zapalenie otrzewnej (po zabiegach w tej okolicy),
zapalenie gałki ocznej (szczególnie u pacjentów z soczewkami),
bakteriemia i sepsa (w skrajnych przypadkach, gdy dojdzie do rozsiewu bakterii z miejsca zakażenia drogą krwi).
W większości przypadków są to zakażenia szpitalne (ang. nosocomial, HAI – Healthcare-Associated Infections). Wiele z tych zachorowań to zakażenia śmiertelne – dotyczy to 20-50% zachorowań, a rokowania są ściśle powiązane z pierwotną chorobą.
Charakterystyczne są infekcje osób chorych na mukowiscydozę, u których bakterie mogą kolonizować układ oddechowy nawet przez 40 lat, powodując przewlekły stan zapalny, jednak przez długi czas nie dając groźniejszych objawów.
Zakażenie Pseudomonas może dotyczyć m.in. paznokci. Może wystąpić charakterystyczne zielonkawe lub niebieskawe zabarwienie płytki paznokcia, jego kruchość i bolesność, a następnie onycholiza, czyli oddzielenie płytki paznokciowej od łożyska.
Leczenie zakażenia P. aeruginosa
Według danych WHO, P. aeruginosa znajduje się na liście patogenów priorytetowych, opornych na antybiotyki i najbardziej zagrażających zdrowiu, przeciwko którym potrzebne są nowe strategie zapobiegania antybiotykooporności.
Obecnie w leczeniu zakażenia Pseudomonas stosuje się antybiotykoterapię skojarzoną, czyli złożoną z kilku antybiotyków dobranych na podstawie antybiogramu. Pseudomonas wykazuje wrodzoną oporność na wiele antybiotyków β-laktamowych, a także nabytą odporność na większość innych leków tego typu.
Czasem konieczne jest leczenie chirurgiczne polegające na wycięciu zakażonej tkanki. Bakterie giną również w niskim pH oraz przez wysuszanie. Dostępna jest także szczepionka przeciwko P. aeruginosa, którą stosuje się w stanach zagrożenia zakażeniem, np. u osób z rozległymi oparzeniami, a także wspomagająco u osób już zarażonych.
Metody wykrywania bakterii Pseudomonas w instalacji
Skuteczne monitorowanie obecności Pseudomonas aeruginosa w instalacjach wodnych, zwłaszcza w środowiskach o podwyższonym ryzyku (szpitale, domy opieki, laboratoria), wymaga stosowania odpowiednio dobranych metod diagnostycznych. W przeszłości wykorzystywano głównie techniki fenotypowe, które obecnie są uznawane za niewystarczające.
Nowoczesne techniki genotypowania stosowane w badaniach epidemiologicznych to np. PFGE (Pulsed-Field Gel Electrophoresis), RAPD-PCR (Random Amplified Polymorphic DNA) czy AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism).
Badanie RAPD-PCR stanowi nowoczesną technikę wykrywania bakterii Pseudomonas.
Przebieg badania mikrobiologicznego w kierunku Pseudomonas
By wykryć bakterie Pseudomonas metodą hodowlaną, należy:
pobrać próbkę 100 ml zimnej wody (pierwszy przepływ po nocy stagnacji, nie zdejmować przy tym perlatora),
przepuścić wodę przez membranowy filtr o porowatości 0,45 µm,
umieścić filtr na agarze z cetrimidem (selektywnym dla Pseudomonas),
inkubować 24 godziny w 37°C,
prowadzić subkultury w 42°C – P. aeruginosa rośnie w tych warunkach jako oksydazo-dodatnie, barwne kolonie (np. zielono-niebieskie),
wynik można potwierdzić przez testy biochemiczne.
Ze względu na zmienność kolonizacji, badanie należy powtarzać cyklicznie. Nawet w przypadku ujemnego badania wody, warto pobrać również wymaz z wnętrza kranu lub perlatora, gdzie często tworzy się biofilm. W przypadku wykrycia P. aeruginosa wskazane jest również typowanie molekularne izolatu klinicznego pobranego od pacjentów i porównanie wyniku z próbkami środowiskowymi w celu potwierdzenia źródła zakażenia.
Jak zwalczyć skażenie wody pałeczką ropy błękitnej?
Walka z bakteriami Pseudomonas nie należy do łatwych. Chociaż zalecenia dotyczące zapobiegania legionellozie stały się już standardową wiedzą, w przypadku Pseudomonas brak jest tak konkretnych wytycznych. Choć jej dość wysoka odporność na chlorowanie i inne środki dezynfekcyjne oraz zdolność przetrwania w biofilmach utrudniają pozbycie się jej z instalacji, dezynfekcja chemiczna pozostaje najbardziej skuteczną metodą zwalczania bakterii Pseudomonas, pozwalając na usunięcie biofilmu z instalacji.
Znaczenie prewencji zakażeń
Kluczowym elementem przeciwdziałania zakażeniom związanym z Pseudomonas jest regularne badanie próbek wody, które może pozwolić na wczesne wykrycie i pozbycie się problemu. W placówkach medycznych konieczność regularnego wykonywania badań wody jest regulowana przez Rozporządzenie Ministra Zdrowia w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia. Warto jednak wspomnieć, że bakteria występuje też często w wodzie spełniającej podstawowe normy mikrobiologiczne, co wynika m.in. z jej wyższej obecności w biofilmach.
Badanie mikrobiologiczne metodą hodowlaną pozwala na wyhodowanie bakterii Peudomonas i ocenę ich wrażliwości na antybiotyki.
Istotne są środki profilaktyczne o udowodnionej badaniami skuteczności:
edukacja pacjentów i personelu oraz odpowiednia higiena (do wielu zakażeń dochodzi na skutek kontaktu z dłońmi personelu),
zmniejszenie potrzeby korzystania z wody z kranu w przypadku różnego rodzaju procedur, w zamian używając wody destylowanej (np. do pielęgnacji pacjentów wysokiego ryzyka),
wymiana urządzeń i armatury podatnej na skażenie (zakamienionej, zanieczyszczonej),
filtracja wody na zakończeniach instalacji (np. filtry na wylewkach) – montaż jednorazowych filtrów (np. 0,2 µm) na końcówkach kranów i pryszniców jest według badań jedną z najbardziej skutecznych metod przeciwdziałania zakażeniu bakteriami Pseudomonas.
Jak dbać o instalację wodną, by zapobiegać skażeniom?
Należy stale dbać o instalację wodną poprzez:
regularne przeglądy i naprawy instalacji oraz podłączonych do niej urządzeń,
okresowe płukanie instalacji,
usunięcie martwych odnóg i stref stagnacji wody,
odkamienianie instalacji i dbanie o jej stan (np. czyszczenie mechaniczne, przeciwdziałanie korozji),
okresowa dezynfekcja, szczególnie w przypadku dużych instalacji oraz po każdym przypadku wykonywania prac budowlanych w jej obrębie.
Skuteczna dezynfekcja
Pseudomonas jest mikroorganizmem stosunkowo odpornym zarówno na niskie, jak i wysokie temperatury, a także na różne środki dezynfekcyjne. Z tego względu warto zadbać o zastosowanie kompleksowej dezynfekcji kilkoma różnymi metodami. Zaleca się, by kilka razy w roku przeprowadzać dezynfekcję termiczną instalacji i raz w roku – dezynfekcję chemiczną. Skuteczną metodą jest także dezynfekcja ciągła, np. przy zastosowaniu generatorów srebra i miedzi.
Dezynfekcja chemiczna, w tym dezynfekcja przy zastosowaniu związków chloru czy jonów srebra i miedzi, pozostaje najbardziej skuteczną metodą usuwania bakterii z instalacji wodnej.
Właściwa temperatura wody
Nie mniej ważne jest utrzymywanie w instalacji zalecanych temperatur. Bakterie Pseudomonas, mimo że odporne na szerokie wahania temperatur, zazwyczaj przejawiają jedynie niską aktywność i powolny wzrost w temperaturze poniżej 20°C lub powyżej 40°C. W wysokich temperaturach nie jest ponadto możliwe ich długotrwałe przetrwanie, dlatego dezynfekcja termiczna okazuje się często skuteczna. Zaleca się, by na co dzień utrzymywać w instalacji ciepłej wody użytkowej temperaturę ponad 55-60°C, a w instalacji wody zimnej – poniżej 20°C.
Obecność Pseudomonas aeruginosa w instalacjach wodnych może być sporym problemem, zwłaszcza w budynkach o rozległej instalacji wodnej, w których przebywają osoby szczególnie narażone na zachorowanie, jak szpitale. Świadomość zagrożenia i odpowiednie akcje prewencyjne mogą pozwolić na zmniejszenie ryzyka mikrobiologicznego. Dzięki odpowiedniej eksploatacji, regularnej kontroli, nowoczesnym metodom monitoringu i dezynfekcji możliwe jest uzyskanie bezpiecznej wody w każdej instalacji.
Źródła:
Anaissie, E.J., Penzak, S.R., Dignani, M.C., 2002: „The hospital water supply as a source of nosocomial infections: a plea for action”. Archives of Internal Medicine, 162(13):1483-1492
Aumeran C., Paillard C., Robin F., Kanold J., Baud O., Bonnet R., Souweine B., Traore O., 2007: „Pseudomonas aeruginosa and Pseudomonas putida outbreak associated with contaminated water outlets in an oncohaematology paediatric unit”. Journal of Hospital Infection, 65(1):47-53
D’Agata E., 2015: „Pseudomonas aeruginosa and Other Pseudomonas Species” [W:] Principles and Practice of Infectious Diseases 8thEdition. Bennet J. E., Dolin R., Blaser M. (red.) Elsevier-Saunders, Philadelphia, 2518-2532
Kerr K.G., Snelling A.M., 2009: „Pseudomonas aeruginosa: a formidable and ever-present adversary”. Journal of Hospital Infection, 73(4):338-344
Loveday H.P., Wilson J.A., Kerr K., Pitchers R., Walker J.T., Browne J., 2014: „Association between healthcare water systems and Pseudomonas aeruginosa infections: a rapid systematic review”. Journal of Hospital Infection, 86(1): 7-15
Moritz M.M., Flemming H.C., Wingender J., 2010: „Integration of Pseudomonas aeruginosa and Legionella pneumophila in drinking water biofilms grown on domestic plumbing materials”. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 213(3): 190-197
Trautmann M., Michalsky T., Heidemarie W., Radosavljevic V., Ruhnke M., 2001: „Tap water colonization with Pseudomonas aeruginosa in a surgical intensive care unit (ICU) and relation to Pseudomonas infections of ICU patients”. Infect Control Hosp Epidemiol.;2249-52
Trautmann M., Lepper P.M., Haller M., 2005: „Ecology of Pseudomonas aeruginosa in the intensive care unit and the evolving role of water outlets as a reservoir of the organism”. American Journal of Infection Control, 33(5):S41-S49
Urbanowicz P., 2016: „Skomplikowany Pseudomonas aeruginosa– portret niezwykle groźnej bakterii”. Aktualności Narodowego Programu Ochrony Antybiotyków, 2/2016
World Health Organization., 2017: „Guidelines for drinking-water quality: fourth edition incorporating the first addendum”. Rozdział 7 – Microbial aspects
Autorzy:
