Микобактериальные инфекции: особенности микробиологической диагностики

На сегодняшний день определено более 200 видов микобактерий, помимо хорошо известных человечеству Mycobacterium leprae и Mycobacterium tuberculosis. Среди микроорганизмов, принадлежащих к роду Mycobacterium, встречаются облигатно патогенные, условно-патогенные и сапрофитные виды. Неуклонно растет заболеваемость микобактериозами, обусловленными нетуберкулезными микобактериями, способными вызывать оппортунистические инфекции у людей и животных. Нетуберкулезные микобактерии все чаще признаются причиной инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи.

Цель исследования – анализ литературы, посвященной актуальным методам микробиологической диагностики микобактериальных инфекций.

Материал и методы. Выполнен поиск и анализ научной литературы в базах данных Web of Science, PubMed, eLibrary.ru, Europe PMC с использованием следующих ключевых слов: микобактериозы, нетуберкулезные микобактерии, микобактериальные инфекции, MALDI-ToF MS, атипичные микобактерии, mycobacterioses, non-tuberculous mycobacteria, mycobacterial infections, atypical micobacteria.

Результаты и их обсуждение. В обзоре обобщены и представлены классификация, морфологические, культуральные, генетические и экологические особенности различных микобактерий. Проанализированы современные подходы в диагностике микобактериальных заболеваний и идентификации возбудителей, указаны их преимущества и недостатки.

Заключение. Микобактериальные инфекции нередко рассматриваются как заболевания, связанные с оказанием медицинской помощи, требуя детальной оценки ситуации с определением критериев микробиологического мониторинга объектов медицинской организации и т.д. Проанализированные литературные данные демонстрируют разнообразие методов лабораторной диагностики микобактериальных инфекций с необходимостью дальнейшего совершенствования методологических подходов.

1. Лямин А.В., Жестков А.В., Исматуллин Д.Д., Ковалев А.М. Лабораторная диагностика микобактериозов. Вестн. соврем. клин. мед. 2017;10(1):29–35. doi: 10.20969/VSKM.2017.10(1).29-35

2. Фазылов В.Х., Петров И.В., Петрова Л.В., Петрова Ф.С., Амирова Т.Х. Проблемы лабораторной диагностики и идентификации видов микобактерий. Инфекц. болезни: новости, мнения, обуч. 2021;10(338):118–126. doi: 10.33029/2305-3496-2021-10-3118-126

3. Соломай Т.В. Эпидемиологические особенности микобактериозов, вызванных нетуберкулезными микобактериями. Санитар. врач. 2015;(3):30–36.

4. Riojas M.A., McGough K.J., Rider-Riojas C.J., Rastogi N., Hazbón M.H. Phylogenomic analysis of the species of the Mycobacterium tuberculosis complex demonstrates that Mycobacterium africanum, Mycobacterium bovis, Mycobacterium caprae, Mycobacterium microti and Mycobacterium pinnipedii are later heterotypic synonyms of Mycobacterium tuberculosis. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2018;68(1):324–332. doi: 10.1099/ijsem.0.002507

5. Pavlik I., Ulmann I., Hubelova D., Weston R.T. Nontuberculous mycobacteria as sapronoses: A review. Microorganisms. 2022;10(7):1345. doi: 10.3390/microorganisms10071345

6. Shah J.A., Lindestam Arlehamn C.S., Horne D.J., Sette A., Hawn T.R. Nontuberculous mycobacteria and heterologous immunity to tuberculosis. J. Infect. Dis. 2019;220(7):1091–1098. doi: 10.1093/infdis/jiz285

7. Munjal S., Munjal S., Gao J., Venketaraman V. Exploring potential COPD immunosuppression pathways causing increased susceptibility for MAC infections among COPD patients. Clin. Pract. 2021;11(3):619–630. doi: 10.3390/clinpract11030077

8. Mortaz E., Moloudizargari M., Varahram M., Movassaghi M., Garssen J., Kazempour Dizagie M., Mirsaeidi M., Adcock I.M. What immunological defects predispose to non-tuberculosis mycobacterial infections? Iran J. Allergy Asthma Immunol. 2018;17(2):100–109.

9. Honda J.R., Virdi R., Chan E.D. Global environmental nontuberculous mycobacteria and their contemporaneous man-made and natural niches. Front. Microbiol. 2018;9:2029. doi: 10.3389/fmicb.2018.02029

10. Hamada S., Ito Y., Hirai T., Murase K., Tsuji T., Fujita K., Mio T., Maekawa K., Fujii F., Ono S., … Mishima M. Impact of industrial structure and soil exposure on the regional variations in pulmonary nontuberculous mycobacterial disease prevalence. Int. J. Mycobacteriol. 2016;5(2):170–176. doi: 10.1016/j.ijmyco.2016.02.006

11. Johnson T.M., Byrd T.F., Drummond W.K., Childs-Kean L.M., Mahoney M.V., Pearson J.C., Rivera C.G. Contemporary pharmacotherapies for nontuberculosis mycobacterial infections: a narrative review. Infect. Dis. Ther. 2023:12(2):343–365. doi: 10.1007/s40121-022-00750-5

12. Wi Y.M. Treatment of extrapulmonary nontuberculous mycobacterial diseases. Infect. Chemother. 2019;51(3):245–255. doi: 10.3947/ic.2019.51.3.245

13. Bento C.M., Gomes M.S., Silva T. Looking beyond typical treatments for atypical mycobacteria. Antibiotics (Basel). 2020;9(1):18. doi: 10.3390/antibiotics9010018

14. Koh W.J. Nontuberculous mycobacteria – overview. Microbiol. Spectr. 2017;5(1). doi: 10.1128/microbiolspec.TNMI7-0024-2016

15. Зимина В.Н., Дегтярева С.Ю., Белобородова Е.Н., Кулабухова Е.И., Русакова Л.И., Фесенко О.В. Микобактериозы: современное состояние проблемы. Клин. микробиол. и антимикроб. химиотерапия. 2017;19(4):276–282.

16. Prevots D.R., Loddenkemper R., Sotgiu G., Migliori G.B. Nontuberculous mycobacterial pulmonary disease: an increasing burden with substantial costs. Eur. Respir. J. 2017;49(4):1700374. doi: 10.1183/13993003.00374-2017

17. Петров И.В., Амирова Т.Х., Петрова Л.В., Петрова Ф.С., Севастьянова Э.В., Валиев Р.И. Микробиологические и эпидемиологические особенности микобактериозов. Эпидемиол. и вакцинопрофилакт. 2020;19(3):89–94. doi: 10.31631/2073-3046-2020-19-3-89-94

18. Delghandi M.R., El-Matbouli M., Menanteau-Ledouble S. Mycobacteriosis and infections with non-tuberculous mycobacteria in aquatic organisms: A review. Microorganisms. 2020;8(9):368. doi: 10.3390/microorganisms8091368

19. Forbes B.A., Hall G.S., Miller M.B., Novak S.M., Rowlinson M.C., Salfinger M., Somoskövi A., Warshauer D.M., Wilson M.L. Practical guidance for clinical microbiology laboratories: mycobacteria. Clin. Microbiol. Rev. 2018;31(2):e00038-17. doi: 10.1128/CMR.00038-17

20. Fedrizzi T., Meehan C.J., Grottola A., Giacobazzi E., Serpini G.F., Tagliazucchi S., Fabio A., Bettua C., Bertorelli R., de Sanctis V., … Segata N. Genomic characterization of nontuberculous mycobacteria. Sci. Rep. 2017;7:45258. doi: 10.1038/srep45258

21. Forbes B.A. Mycobacterial taxonomy. J. Clin. Microbiol. 2017;55(2):380–383. doi: 10.1128/jCM.01287-16

22. Pfyffer G.E. Mycobacterium: general characteristics, laboratory detection, and staining procedures. In: Manual of Clinical Microbiology. 11th Ed. ASM Press, 2015. P. 536–569. doi: 10.1128/9781555817381.ch30

23. Daffe M. The cell envelope of tubercle bacilli. Tuberculosis (Edinb). 2015;95(S1):S155–S158. doi: 10.1016/j.tube.2015.02.024

24. Vilcheze C., Kremer L. Acid-fast positive and acid-fast negative Mycobacterium tuberculosis: The Koch paradox. Microbiol. Spectr. 2017;5(2). doi: 10.1128/microbiolspec.tbtb2-0003-2015

25. Смолянинов Ю.И., Волков Д.В., Ионина С.В., Брем А.К. Распространение и фенотипические свойства атипичных микобактерий, изолированных от свиней и объектов внешней среды. Инновац. и прод. безопас. 2022;35(1):90–100. doi: 10.31677/2311-0651-2022-35-1-90-100

26. Tran T., Dawrset S.N., Norton G.J., Virdi R., Honda J.R. Brought to you courtesy of the red, white, and blue–pigments of nontuberculous mycobacteria. AIMS Microbiol. 2020;6(4):434. doi: 10.3934/microbiol.2020026

27. de Martino M., Lodi L., Galli L., Chiappini E. Immune response to Mycobacterium tuberculosis: a narrative review. Front. Pediatr. 2019;(7):350. doi: 10.3389/fped.2019.00350

28. Jagielski T., Minias A., Ingen J., van Rastogi N., Brzostek A., Zaczek A., Dziadek J. Methodological and clinical aspects of the molecular epidemiology of Mycobacterium tuberculosis and other mycobacteria. Clin. Microbiol. Rev. 2016;29(2):239–290. doi: 10.1128/CMR.00055-15

29. World Health Organization. 2014. Global tuberculosis report 2014 (WHO/HTM/TB/2014.08). Available at: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/137094/9789241564809_eng.pdf

30. Sharma R., Singh P., McCoy R.C., Lenz S.M., Donovan K., Ochoa M.T., Estrada-Garcia I., SilvaMiranda M., Jurado-Santa Cruz F., Balagon M.F., … Adams L.B. Isolation of Mycobacterium lepromatosis and development of molecular diagnostic assays to distinguish Mycobacterium leprae and M. lepromatosis. Clin. Inf. Dis. 2020;71(8):e262–e269. doi: 10.1093/cid/ciz1121

31. Sotiriou M.C., Stryjewska B.M., Hill C. Case report: two cases of leprosy in siblings caused by Mycobacterium lepromatosis and review of the literature. Am. J. Trop. Med. Hyg. 2016;95(3):522. doi: 10.4269/ ajtmh.16-0076 32. Scollard D.M. Infection with Mycobacterium lepromatosis. Am. J. Trop. Med. Hyg. 2016;95(3):500– 501. doi: 10.4269/ajtmh.16-0473

32. Gurung P., Gomes C.M., Vernal S., Leeflang M.M.G. Diagnostic accuracy of tests for leprosy: a systematic review and meta-analysis. Clin. Microbiol. Infect. 2019;25(11):1315–1327. doi: 10.1016/j.cmi.2019.05.020

33. van Ingen J. Diagnosis of nontuberculous mycobacterial infections. Seminars in respiratory and critical care medicine. Semin. Respir. Crit. Care. Med. 2013;34(1):103–109. doi: 10.1055/s-0033-1333569

34. Turenne C.Y. Nontuberculous mycobacteria: insights on taxonomy and evolution. Infect. Genet. Evol. 2019;72:159–168. doi: 10.1016/j.meegid.2019.01.017

35. Davidovich N., Morick D., Carella F. Mycobacteriosis in aquatic invertebrates: A review of its emergence. Microorganisms. 2020;8(8):1249. doi: 10.3390/microorganisms8081249

36. Carella F., Aceto S., Pollaro F., Miccio A., Iaria C., Carrasco P.P., Prado P., de Vico G. A mycobacterial disease is associated with the silent mass mortality of the pen shell Pinna nobilis along the Tyrrhenian coastline of Italy. Sci. Rep. 2019;9(1):2725. doi: 10.1038/s41598-018-37217-y

37. Davidovich N., Pretto T., Blum S.E., Baider Z., Grossman R., Kaidar-Shwartz H., Dveyrin Z., Rorman E. Mycobacterium gordonae infecting redclaw crayfish Cherax quadricarinatus. Dis. Aquat. Organ. 2019;135(2):169–174. doi: 10.3354/dao03392

38. Esteban J., Garcia-Coca M. Mycobacterium Biofilms. Front. Microbiol. 2018;(8):2651. doi: 10.3389/fmicb.2017.02651

39. Ichijo T., Izumi Y., Nakamoto S., Yamaguchi N., Nasu M. Distribution and respiratory activity of mycobacteria in household water system of healthy volunteers in Japan. PLoS One. 2014;9(10):e110554. doi: 10.1371/journal.pone.0110554

40. Tortoli E. Microbiological features and clinical relevance of new species of the genus Mycobacterium. Clin. Microbiol. Rev. 2014;27(4):727–752. doi: 10.1128/CMR.00035-14

41. Севастьянова Э.В., Ларионова Е.Е., Андриевская И.Ю. Выявление микобактерий методом микроскопии препаратов, окрашенных по ЦилюНильсену. Вестн. ЦНИИТ. 2019;(1):100–108. doi: 10.7868/S2587667819010114

42. Caulfield A.J., Wengenack N.L. Diagnosis of active tuberculosis disease: From microscopy to molecular techniques. J. Clin. Tuberc. Other Mycobact .Dis. 2016;(4):33–43. doi: 10.1016/j.jctube.2016.05.005

43. Singhal R., Myneedu V.P. Microscopy as a diagnostic tool in pulmonary tuberculosis. Int. J. Mycobacteriol. 2015;4(1):1–6. doi: 10.1016/j.ijmyco.2014.12.006

44. Ковальчук А.В., Еременко Е.П., Кузнецова А.Н., Рогожкин П.В., Инькова Е.П. Методы диагностики лекарственной устойчивости микобактерий туберкулеза. Мед. сестра. 2019;21(8):7–9. doi: 10.29296/25879979-2019-08-02

45. Родионова Ю.Д., Гусякова О.А., Лямин А.В., Бородулина Е.А., Козлов А.В. Оценка влияния условий хранения мокроты на витальные свойства микобактерий туберкулеза. Туберкулез и болезни легких. 2017;95(1):42–46. doi: 10.21292/2075-12302017-95-1-42-46

46. Павлова И.Б., Ленченко Е.М., Антонова А.Н. Изучение морфологии популяции микобактерий методами оптической и электронной микроскопии. Рос. ж. «Пробл. вет. сан., гигиены и экол.». 2017;(4):76–82.

47. Нуратинов Р.А. Экологические условия существования популяций микобактерий. Юг Рос.: экол., развитие. 2014;9(2):18–30.

48. Nuratinov R.A. Ecological conditions for the existence mycobacteria populations. Yug Rossii: ekologiya, razvitiye = South of Russia: Ecology, Development. 2014;9(2):18–30. [In Russian].

49. Ларионова Е.Е., Андриевская И.Ю., Андреевская С.Н., Смирнова Т.Г., Севастьянова Э.В. Культуральный метод исследования микобактерий. Плотные питательные среды. Вестн. ЦНИИТ. 2020;(3):75–86. doi: 10.7868/S2587667820030103

50. Chang E.W., Page A.L., Bonnet M. Light-emitting diode fluorescence microscopy for tuberculosis diagnosis: a meta-analysis. Eur. Resp. J. 2016;47(3):929– 937. doi: 10.1183/13993003.00978-2015

51. Usmonov I., Shukurov U. Features of the clinical course, the state of diagnosis and treatment of hiv-associated pulmonary tuberculosis in modern conditions literature review. An. of the Roman. Soc. for Cell Biol. 2021;25(4):1809–1828.

52. Rageade F., Picot N., Blanc-Michaud A., Chatellier S., Mirande C., Fortin E., van Belkum A. Performance of solid and liquid culture media for the detection of Mycobacterium tuberculosis in clinical materials: Meta-analysis of recent studies. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2014;33(6):867–870. doi: 10.1007/s10096014-2105-z

53. Nogueira L.B., Garcia C.N., Costa M.S.C.D., Moraes M.B., Kurizky P.S., Gomes C.M. Non-tuberculous cutaneous mycobacterioses. An. Bras. Dermatol. 2021;96(5):527–538. doi: 10.1016/j.abd.2021.04.005

54. Петров И.В., Амирова Т.Х., Петрова Л.В., Петрова Ф.С. Микобактериоз как инфекция, связанная с оказанием медицинской помощи (обзор эпидемиологических исследований). Здоровье населения и среда обитания. 2020;(7):37–41. doi: 10.35627/2219-5238/2020-328-7-37-41

55. Atlas R.M., Snyder J.W. Handbook of media for clinical and public health microbiology. Boca Raton: СRC Press, 2013; 561 p. doi: 10.1201/b15973

56. Preece C.L., Wichelhaus T.A., Perry A., Jones A.L., Cummings S.P., Perry J.D., Hogardt M. Evaluation of various culture media for detection of rapidly growing mycobacteria from patients with cystic fibrosis. J. Clin. Microbiol. 2016;54(7):1797–1803. doi: 10.1128/JCM.00471-16

57. Somoskovi A., Salfinger M. Nontuberculous mycobacteria in respiratory infections: advances in diagnosis and identification. Clin. Lab. Med. 2014;34(2):271–295. doi: 10.1016/j.cll.2014.03.001

58. Свириденко Н.А., Боганец Н.С., Аппельганц Л.Т. Возможности повышения эффективности культурального метода для выделения микобактерий туберкулеза. Достиж. науки и техн. АПК. 2015;29(4):51–52.

59. Севастьянова Э.В., Ларионова Е.Е., Смирнова Т.Г., Андриевская И.Ю., Андреевская С.Н., Черноусова Л.Н. Оценка результатов выявления микобактерий, полученных различными методами исследования. Мед. альянс. 2018;(3):25–30.

60. Яшин Я.И., Яшин А.Я. Высокоскоростная ВЭЖХ (краткий обзор). Сорбц. и хроматогр. процессы. 2022;22(1):6–11. doi: 10.17308/sorpchrom.2022.22/9015

61. Tortoli E. Phylogeny of the genus Mycobacterium: many doubts, few certainties. Infect. Genet. Evol. 2012;12(4):827–831. doi: 10.1016/j.meegid.2011.05.025

62. Ryu Y.J. Diagnosis of pulmonary tuberculosis: recent advances and diagnostic algorithms. Tuberc. Respir. Dis. (Seoul). 2015;78(2):64–71. doi: 10.4046/trd.2015.78.2.64

63. Добин В.Л. Представления об эволюции туберкулезных микобактерий. Туберкулез и болезни легких. 2018;96(8):59–65. doi: 10.21292/2075-12302018-96-8-59-65

64. Bolaños C.A.D., Paula C.L., Guerra S.T., Franco M.M.J., Ribeiro M.G. Diagnosis of mycobacteria in bovine milk: an overview. Rev. Inst. Med. Trop. Sao Paulo. 2017;(59):e40. doi: 10.1590/S16789946201759040

65. Cudahy P., Shenoi S.V. Diagnostics for pulmonary tuberculosis. Postgrad. Med. J. 2016;92(1086):187–193. doi: 10.1136/postgradmedj-2015-133278

66. Weyer K., Mirzayev F., Migliori G.B., van Gemert W., D’Ambrosio L., Zignol M., Floyd K., Centis R., Cirillo D.M., … Raviglione M. Rapid molecular TB diagnosis: evidence, policymaking and global implementation of Xpert MTB/RIF. Eur. Respir. J. 2013;42(1):252–271. doi: 10.1183/09031936.00157212

67. Carbonnelle E., Mesquita C., Bille E., Day N., Dauphin B., Beretti J.L., Ferroni A., Gutmann L., Nassif X. MALDI-TOF mass spectrometry tools for bacterial identification in clinical microbiology laboratory. Clin. Biochem. 2011;44(1):104–109. doi: 10.1016/j.clinbiochem.2010.06.017

68. Neuschlova M., Vladarova M., Kompanikova J., Sadlonova V., Novakova E. Identification of Mycobacterium species by MALDI-TOF mass spectrometry. Adv. Exp. Med. Biol. 2017;10(1):37–42. doi: 10.1007/5584_2017_26

69. Rychert J. Benefits and limitations of MALDI-TOF mass spectrometry for the identification of microorganisms. J. Inf. Epidem. 2019;2(4):1–5. doi: 10.29245/2689-9981/2019/4.1142

70. Tan K.E., Ellis B.C., Lee R., Stamper P.D., Zhang S.X., Carroll K.C. Prospective evaluation of a matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry system in a hospital clinical microbiology laboratory for identification of bacteria and yeasts: A bench-by-bench study for assessing the impact on time to identification and cost-effectiveness. J. Clin. Microbiol. 2012;50(10):3301–3308. doi: 10.1128/JCM.01405-12

71. Лямин А.В., Исматуллин Д.Д. Микобактериозы: особенности эпидемиологии и лабораторной диагностики. Асп. вестн. Поволжья. 2016; (5-6):204–208.