Clostridium difficile

Clostridioides difficile (syn. Clostridium difficile) (CDF) on grampositiivinen, sauvanmuotoinen, itiöitä muodostava, anaerobinen bakteeri. Se voi aiheuttaa muun muassa uusiutuvaa ohut- ja paksusuolen tulehdusta, jos suoliston normaalifloora tuhoutuu antibioottikuurin yhteydessä. Oireena voi olla vaikeahoitoinen, huonokuntoisilla kuolemaan johtava veriripuli. Kuolleisuus on 10–12 prosenttia.  Suomessa ilmoitettiin 4125 C. difficile -infektiota vuonna 2022. C. difficile on sukua botulismia aiheuttavalle Clostridium botulinum -bakteerille.  

Bakteeri leviää erityisesti sairaaloissa. Se leviää kosketustartuntana, joten muun muassa tiukennettu käsihygienia voi jarruttaa epidemian leviämistä. Käsihuuhteet eivät tehoa siihen, vaan kädet on pestävä saippualla ja vedellä. Jälkiseurauksena taudista voi olla suoliston vaurioituminen ja reuma. Taudin vakavin muoto on pseudomembranoottinen enterokoliitti, jossa suolistossa on katteisia, tulehtuneita alueita. Vaikeammissa tapauksissa hoitona käytetään lähinnä suun kautta metronidatsolia ja toissijaisesti vankomysiinia, muita hoitovaihtoehtoja ovat uusi (2011) erittäin kallis antibiootti fidaksomisiini (fidaksomysiini), ulosteensiirto tai henkeä uhkaavassa tilassa jopa paksusuolen poisto leikkauksella. Ruokavalion trehaloosi-sokerit voivat lisätä C. difficilen aiheuttaman suolistotulehduksen vakavuutta.

 Itiöiden muodostus 
C. difficile tuottaa stressiolosuhteissa itiöitä, jotka ovat bakteerin lepotilassa oleva muoto. Itiöiden muodostuminen on bakteerin tärkein mekanismi hapelta suojautumiseen aerobisissa olosuhteissa, ja se mahdollistaa bakteerin leviämiseen ympäristöstä isäntään ja isännästä toiseen. C. difficile -bakteerin itiö muistuttaa rakenteeltaan muiden endoitiöitä muodostavien lajien, kuten Bacillus subtilis -bakteerin itiöitä. Se koostuu kuivasta ytimestä, muokatuista peptidoglykaaneista muodostuvasta kuorikerroksesta, proteiinipitoisesta päällyskerroksesta sekä ulkokerroksesta.

Tarkkoja itiöitymisen aktivoivia mekanismeja ei toistaiseksi tunneta, mutta ympäristön signaalien, kuten ravinteiden vähäisyyden ja ryhmäviestinnän sekä muiden stressitekijöiden on havaittu todennäköisesti aktivoivan prosessia. Itiöt ovat tartuttamiskykyisiä hiukkasia, ja ne ovat kriittisiä sekä C. difficile-välitteisen infektion että tartunnan leviämisen kannalta. Itiöitä esiintyy kaikkialla ympäristössä ja ne erittyvät sekä ihmisten että eläinten ulosteisiin. Itiöitä on vaikea tuhota, sillä ne kestävät lämpöä, säteilyä ja monia kemiallisia ja alkoholipohjaisia desinfiointiaineita, joita käytetään esimerkiksi sairaaloiden että yhteisöjen tilojen puhdistuksessa. Itiöt voivat säilyä pinnoilla pitkiäkin aikoja, ja lisäävät tautitaakkaa. Itiöt ovat myös resistenttejä antibiooteille sekä isännän immuunipuolustukselle. 

C. difficilen itiöitymisen mekanismit ovat pitkälti tuntemattomia. Uusien tutkimuksien mukaan voidaan todeta, että itiöitymisen aloitusta säätelee Spo0A-proteiini, joka myös säätelee toksiinien ja biofilmien muodostusta. Spo0A-proteiini aktivoituu fosforylaation seurauksena, ja CD1579- sekä CD2492-histidiinikinaasien on havaittu fosforyloivan Spo0A-proteiinia C. difficile -bakteerissa. CD1492-histidiinikinaasin sen sijaan on havaittu todennäköisesti defosforyloivan Spo0A-proteiinia. Spo0A-proteiinin aktivaatio johtaa itiöitymiseen osallistuvien sigmatekijöiden, σE, σF, σG, ja σK, aktivaatioon. 

Itiöitymisen ensimmäisessä vaiheessa emosolu jakautuu epäsymmetrisesti muodostaen esi-itiön. Sen jälkeen emosolu sulauttaa esi-itiön itseensä fagosytoosilla, minkä seurauksena esi-itiö jää emosolun solulimaan kahden solukalvon ympäröimänä. Emosolu muodostaa esi-itiön ympärille kuorikerroksen, päällyskerroksen sekä ulkokerroksen. Emosolu myös tuottaa suuren määrän kalsium-dipikoliinihappoa (Ca-DPA), joka konsentroituu itiön ytimeen itiönmuodostuksen aikana. Ca-DPA syrjäyttää veden itiön ytimestä, mikä johtaa ytimen kuivumiseen ja hidastaa itiön aineenvaihduntaa. Ytimen kuivuminen myös tekee itiöstä paremmin kuumuutta kestävän.

 Itäminen 
Itäminen aktivoituu, kun itiöiden erikoistuneet itämisreseptorit (eng. germinant receptors, GR) sitoutuvat lajille tyypillisiin itämismolekyyleihin. C. difficile -bakteerin itiöt aktivoituvat, kun itämisreseptorit sitoutuvat sappisuoloihin, kuten kolaattiin, taurokolaattiin, glykokolaattiin ja deoxykolaattiin. Näistä tehokkaimmaksi itämismolekyyliksi on osoittautunut taurokolaatti. Jotkin C. difficile -kannat kuitenkin kykenevät itämään kasvatusliuoksessa, jossa ei ole taurokolaattia. Tämä viittaa siihen, että itämisen mekanismeja ja itämisreseptorien spesifisyyttä ei vielä tunneta kunnolla. Sappisuolojen lisäksi myös aminohapot, kuten glysiini, osallistuvat itämisen aktivaatioon.

Sappisuolojen pitoisuus on suuri ohutsuolen loppuosassa sijaitsevassa sykkyräsuolessa, minkä vuoksi C. difficile -bakteerin itiöt itävät siellä. Sykkyräsuolessa myös ympäristön pH-arvo on suotuisa itämiselle.

 Virulenssitekijät 
C. difficile -bakteerin tärkeimpänä virulenssitekijänä pidetään useiden toksiinien tuottamista. Kaksi suurta glykosyloivaa eksotoksiinia, enterotoksiini A (TcdA) ja sytotoksiini B (TcdB), ovat näistä parhaiden karakterisoidut, ja aiheuttavat tyypillisiä kliinisiä oireita sitoutumalla suolen epiteelisolujen C. difficile -toksiini reseptoreihin. Kliiniset kannat, jotka eivät tuota vähintään toista näistä toksiineista, ovat lähinnä avirulentteja eläinmalleissa. TcdA:n ja TcdB:n aminohappotason samankaltaisuus on noin 66%, mikä viittaa siihen, että toksiinit ovat saattaneet syntyä geenien monistumisen kautta. Toksiinit jakavat useita yhteisiä konservoituneita domeeneja, mukaan lukien N-terminaalissa sijaitsevan katalyyttisen glukosyylitransferaasidomeenin, ja kysteiiniproteaasiomeenin, jota tarvitaan katalyyttisen domeenin siirtämiseen myrkytetyn solun sytosoliin. TcdA:n ja TcdB:n N-terminaaliset alueet inaktivoivat sytosoliin vapautumisen jälkeen useita pienten GTPaasien Rho-perheeseen kuuluvia soluproteiineja, kuten RhoA, B, C, G, Rac1-3 ja Cdc42. TcdA ja TcdB ovat monoglukosyylitransferaaseja, jotka inaktivoivat GTPaasit siirtämällä glukoosin kovalenttisen osan näihin proteiineihin, mikä lukitsee GTPaasit inaktiiviseen konformaatioon. Tämä vaikuttaa useisiin tärkeisiin solun myöhempiin reitteihin, kuten solutukirangan ja solujen tiukkojen liitoksien häiriöihin, josta voi seurata solun apoptoosi. TcdA ja TcdB myös aktivoivat paksusuolen epiteelisoluissa pro-inflammatoristen sytokiinien ja neutrofiilien kemoattraktantien tuotantoa, mikä johtaa neutrofiilien kertymiseen kudokseen ja akuuttiin tulehdusreaktioon.

Osa C. difficile -kannoista tuottaa myös binääritoksiinia, C. difficile transferaasia (CDT). CDT-toksiinin on havaittu esimerkiksi aiheuttavan ADP-ribosylaatiota paksusuolen epiteelisolujen G-aktiinin Arg-177 aminohapossa. Tämä johtaa siihen, että G-aktiini ei kykene ohjaamaan aktiinin polymerisaatiota ja muodostamaan aktiinisäikeitä. Lisäksi se tehostaa F-aktiinin depolymerisaatiota. Sen on myös havaittu aktivoivan NF-kB transkriptiotekijää hiirten makrofageissa ja yhdessä TcdA:n ja TcdB:n kanssa lisäävän pro-inflammatoristen sytokiinien tuotantoa hiiristä peräisin olevissa dendriittisoluissa. Tutkimuksissa on myös huomattu, että sillä on mahdollisesti rooli C. difficilen kiinnittymisessä ja kolonisaatiossa isäntään. Sitä esiintyy yleisesti vakavaan CDI:hen liittyvissä C. difficile -kannoissa, kuten B1/NAP1/027- ja ribotyyppi 078-isolaateissa, sekä muissa ribotyyppivarianteissa, joiden on todettu aiheuttavan tautia sairaalahoitoon otetuilla potilailla erityisesti viime vuosikymmenen aikana. Entistä vaikeampaa tautimuotoa aiheuttava ribotyyppi 027 tuottaa aiempiin ribotyyppeihin verrattuna moninkertaisen määrän toksiineja ja on vastustuskykyinen kinoliryhmän mikrobilääkkeille.

Adherenssiin ja kolonisaatioon liittyviä virulenssitekijöitä ovat esimerkiksi pintakerroksen (S-kerros) ja soluseinän (CWP) proteiinit, fibronektiinia sitovat proteiinit, siimat (flagella), fimbriae ja lämpösokkiproteiini (GroEL).

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 
Laji.fi: Clostridium difficile
Clostridium difficile THL:n sivustolla 
Lääkärilehti 22/2006
CD-vertaistukisivusto lääkitys 
Ulosteensiirto Clostridium difficile -infektion hoitona
UniProt, Taxonomy: Clostridium difficile 
National Center for Biotechnology Information (NCBI): Clostridioides difficile, taxonomy 

Luokka:Grampositiiviset bakteerit
Luokka:Firmicutes
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit