This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Wstęp
W ciągu ostatnich dekad liczba doniesień na temat zakażeń grzybiczych u ludzi gwałtownie wzrosła, zwłaszcza w odniesieniu do krajów rozwiniętych, co związane jest głównie z rozwojem metod detekcji i identyfikacji drobnoustrojów czy zwiększoną dostępnością danych [11]. W Stanach Zjednoczonych, liczba przypadków sepsy wywołanej przez grzyby wzrosła z 5231 w roku 1979 do 16 042 w roku 2000 (wzrost o 207%) [80]. Za przyczyny tego zjawiska uznaje się głównie powszechne stosowanie chemioterapii i antybiotyków o szerokim spektrum działania, stosowanie centralnych dojść żylnych oraz zwiększoną liczbę przeszczepień narządów, którym towarzyszy stosowanie leków immunosupresyjnych. Również za sprawą pandemii, takich jak zakażenia wywoływane przez HIV czy prątki gruźlicy (Mycobacterium tuberculosis), zwiększyła się populacja osób bardziej podatnych na grzybice [95]. Coraz liczniej dokumentowane są przypadki zakażeń wywoływanych przez jednokomórkowe grzyby, takie jak drożdże Saccharomyces cerevisiae, które uznaje się za, nie jako drobnoustroje oportunistyczne z grupy tzw. emerging pathogens [37, 62]. Grzyby te są czynnikiem etiologicznym szerokiej gamy zakażeń, od zapalenia skóry czy pochwy u osób immunokompetentnych po zakażenia krwi i ogólnoustrojowe u osób z obniżoną odpornością i krytycznie chorych [36, 42, 91]. Pacjenci z zakażeniami S. cerevisiae to zwykle osoby z zaburzeniami odporności, powyżej 60 roku życia lub wcześniaki [42, 43, 108, 112]. Ciężkie infekcje są też sporadycznie zgłaszane u pacjentów bez oczywistych czynników predysponujących [111].
Zastosowanie drożdży S. cerevisiae
Do gatunku S. cerevisiae należą drobnoustroje powszechnie wykorzystywane przez człowieka w produkcji żywności i napojów. Pieczywo oraz napoje alkoholowe, takie jak piwo czy wino, pozyskiwane dzięki fermentacyjnej aktywności drożdży, od tysiącleci odgrywają znaczącą rolę w funkcjonowaniu większości społeczeństw na całym świecie. Molekularne dane wskazują, że napoje otrzymywane na drodze drożdżowej fermentacji wytwarzano już w 7000 roku p.n.e., a pieczywo ok. 2500 roku p.n.e. [21, 120], przy czym podstawy procesu fermentacji zostały wyjaśnione dopiero w poł. XIX w. przez Louisa Pasteura [21].
Ze względu na powszechność wykorzystania S. cerevisiae w procesach przemysłowych, genetyka drożdży jest bardzo dobrze poznana [75]. Pierwsze eksperymenty hodowlane, polegające na krzyżowaniu odmiennych szczepów w celu otrzymania pożądanych cech fenotypowych, prowadził Ojvind Winge w laboratorium Carlsberga w latach 30. XX wieku [5]. Łatwość manipulacji cyklem życiowym tych drobnoustrojów oraz ekonomiczność hodowli uczyniła z nich podstawowy model jednokomórkowego organizmu eukariotycznego do badań biologicznych. Pierwszym szczepem referencyjnym stanowiącym doskonałą bazę do produkcji szeregu mutantów S. cerevisiae stał się stabilny haploid S288c, którego genom został w pełni zsekwencjonowany w 1996 roku [50].
Dzięki narzędziom genomicznym udało się zbadać sieć interakcji białkowych i genetycznych w komórkach drożdży [12]. Wiedza na temat genomu, proteomu oraz cech fenotypowych pozwoliła na wykorzystanie tych mikroorganizmów do heterologicznej produkcji białek. Ponad 40 dostępnych na rynku rekombinowanych biofarmaceutyków zostało wyprodukowanych w komórkach drożdży z rodzaju Saccharomyces [103]. W wektorach na bazie S. cerevisiae otrzymuje się między innymi hirudynę wykorzystywaną przy zaburzeniach krzepnięcia krwi, czy ludzką transferynę stosowaną w leczeniu anemii [57, 69]. Dzięki drożdżom możliwa stała się produkcja hormonów stosowanych w leczeniu cukrzycy, w tym prekursorów insuliny czy glukagonu, a także hormonu wzrostu (somatotropiny) [67, 70]. Innymi przykładami enzymów wytwarzanych heterologicznie w komórkach drożdży są: galaktozydaza, glukoamylaza, α-amylaza oraz inwertaza [38, 78, 115]. Drożdże S. cerevisiae znalazły również zastosowanie w inżynierii wakcynacyjnej. Wektory na bazie komórek S. cerevisiae wytwarzające antygeny wirusowe bądź nowotworowe, okazały się przydatne do stymulowania odpowiedzi komórek T CD4+ i CD8+ [2]. Drożdże S. cerevisiae stały się podstawą opracowania szeroko stosowanej na całym świecie szczepionki przeciw zapaleniu wątroby typu B wywoływanemu przez HBV (hepatitis B virus) [84]. Obecnie trwają badania nad użyciem S. cerevisiae do opracowania rekombinowanych szczepionek także przeciw wielu innym patogenom (wirusom, bakteriom i pasożytom) [72].
Wysokie (> 20%) podobieństwo genów drożdżowych do genów ludzkich sprawiło, że grzyby S. cerevisiae stały się wygodnym modelem do badania niektórych chorób u ludzi. Dzięki analizie genów homologicznych, drożdżowego SGS1 i ludzkiego WRN kodujących enzym o właściwościach helikazy DNA, wyjaśniono genetyczne podłoże zespołu Wernera (zespół przedwczesnego starzenia się) [24]. Model drożdżowy jest też powszechnie stosowany do badania zaburzeń neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera czy Parkinsona. W przypadku choroby Alzheimera, heterologiczna ekspresja ludzkich sekretaz w drożdżach pomogła zrozumieć patomechanizm choroby, w tym szlak przetwarzania genu APP kodującego prekursorowe białko amyloidu, oligomeryzację β-amyloidu oraz jego toksyczność [10]. Na modelu drożdżowym badano również toksyczność białka α-synukleiny, które tworzy nieprawidłowe agregaty w mózgu osób cierpiących na chorobę Parkinsona [51].
Izolacja i taksonomia probiotycznego szczepu S. cerevisiae var. boulardii
Jedyny znany szczep S. cerevisiae wykazujący właściwości probiotyczne to S. cerevisiae var. boulardii
Szczepy S. cerevisiae var. boulardii uznawane są obecnie za podgatunek drożdży S. cerevisiae. Historycznie stanowiły odrębny gatunek „S. boulardii” (nazwa nieaktualna).
. Został on wyizolowany przez francuskiego mikrobiologa Henri Boularda w 1920 roku w czasie podróży po Azji, w poszukiwaniu nowych szczepów drożdży fermentacyjnych. Boulard zaobserwował, że ludzie spożywający herbatę sporządzoną ze skórek owoców liczi i mangostanu nie chorują na cholerę. Odkrycie to doprowadziło do izolacji szczepu odpowiedzialnego za odporność rdzennych mieszkańców, któremu nadano nazwę „Saccharomyces boulardii”. Od lat 50. XIX wieku, szczep ten był wykorzystywany w leczeniu biegunki towarzyszącej antybiotykoterapii, przy czym stosowana do dziś jego liofilizowana forma została wprowadzona na rynek w 1962 roku przez francuską firmę Biocodex [41]. Zainteresowanie właściwościami probiotycznymi, a także farmakokinetyką, bezpieczeństwem, skutecznością i dawkowaniem preparatów na bazie drożdży S. cerevisiae var. boulardii rośnie nieprzerwanie od lat 90. ubiegłego wieku. Liczba doniesień naukowych na ten temat jeszcze w latach 80. nie przekraczała 20, podczas gdy w 2011 roku wyniosła 822 [79, 86], a w roku 2019 – 2200
Dane z dnia 17.03.2020 opracowane na podstawie wyszukiwania Google Scholar.
.
Komórki wegetatywne S. cerevisiae var. boulardii mają kształt cylindryczny i wielkość 2–3 μm × 5–8 μm [100]. Ściana komórkowa, zbudowana z chityny, mannozy i glukanu, stanowi około 30% suchej masy komórki i jest grubsza niż w przypadku innych szczepów S. cerevisiae [39]. Podczas gdy dla większości szczepów S. cerevisiae optimum temperaturowe wynosi 30°C, szczepy S. cerevisiae var. boulardii rosną optymalnie w temperaturze 37°C [31]. Drożdże probiotyczne tolerują również szeroki zakres pH, tj. od 2,0 do 8,0 [45]. Nie posiadają zdolności do sporulacji, a na pożywkach ubogich w azot rosną w postaci filamentów [39, 100].
Pozycja taksonomiczna szczepu Boularda ulegała licznym zmianom. Wraz z pojawieniem się zaawansowanych metod typowania molekularnego, opartych na analizie sekwencji DNA, pojawiły się wątpliwości czy drożdże opisane przez Boularda stanowią istotnie odrębny gatunek (S. boulardii), czy też przynależą do gatunku S. cerevisiae [86]. Tradycyjnie, klasyfikacja opierała się na kryteriach fenotypowych, takich jak morfologia kolonii i komórek, sposób rozmnażania, czy profile asymilacji różnych form węgla i azotu [85]. Metody konwencjonalne, o niskiej zdolności różnicującej, prowadziły do nieprawidłowej identyfikacji gatunkowej szczepów [99, 120].
Analiza genomu drożdży probiotycznych S. cerevisiae var. boulardii ujawniła sporo charakterystycznych właściwości tych drobnoustrojów. Stosując hybrydyzację DNA/DNA (spotted microarray) wykazano, że drożdże te utraciły wszystkie elementy transpozycyjne Ty1/2, co może być przyczyną braku zdolności do sporulacji i diploidii (transkrypcja elementów Ty1/2 zachodzi jedynie w komórkach diploidalnych drożdży). Ponadto wykazano u nich trisomię chromosomu IX oraz zmienioną liczbę kopii poszczególnych genów, między innymi genu kodującego białko lektynopodobne biorące udział we flokulacji czy L-asparaginazę II regulowaną przez katabolizm azotowy. Inną cechą odróżniającą szczepy S. cerevisiae var. boulardii od pozostałych szczepów S. cerevisiae jest mniejsza liczba kopii genu CUP1, co przejawia się większą wrażliwością na obecność jonów miedzi [39].
Za pomocą technik genotypowania wykazano, że drożdże probiotyczne nie tworzą osobnego gatunku, lecz stanowią podgatunek (varietas) S. cerevisiae [100]. Pomocna była tu m.in. analiza polimorfizmu długości chromosomów (chromosome length polymorphism, CLP), wykonana przy użyciu elektroforezy w zmiennym polu elektrycznym (pulse-field gel electrophoresis, PFGE) [9, 58, 82, 100]. Oferuje ona możliwość rozdzielenia całych, nienaruszonych chromosomów, jak również dużych fragmentów restrykcyjnych o wielkości do 10 Mpz, czym różni się od standardowej elektroforezy żelowej pozwalającej na rozdział cząsteczek o wielkości nieprzekraczającej 50 kpz [64]. Kolejne eksperymenty oparte na kariotypowaniu metodą PFGE, dowodziły, że szczepy S. cerevisiae var. boulardii, choć tworzyły osobny klaster, były filogenetycznie bliskie pozostałym szczepom z gatunku S. cerevisiae. Ogólnie, pokrewieństwo filogenetyczne szczepów probiotycznych, mimo pewnej odrębności genetycznej, jest wystarczające, aby osadzić je w tym gatunku [71, 87, 120].
Metodą znacznie prostszą i szybszą w wykonaniu, choć mniej czułą i powtarzalną niż PFGE, jest RAPD (random amplification of polymorphic DNA). Polega ona na losowej amplifikacji polimorficznych fragmentów DNA, z zastosowaniem pojedynczego startera DNA o długości 10–20 pz. Powielanie losowych fragmentów genomu jest ukierunkowane i w jego rezultacie otrzymuje się charakterystyczne, krótkie amplikony, tzw. DNA fingerprints, na podstawie których można różnicować szczepy Saccharomyces [123]. Powtarzalność analiz RAPD jest jednak niska, a interpretacja wyników może być utrudniona ze względu na różny poziom intensywności prążków DNA w żelu [49]. Ponadto, znane są przypadki wykazywania identycznych profilów genetycznych w szczepach S. cerevisiae var. boulardii i innych szczepach należących do gatunku S. cerevisiae [88, 94].
Kolejną techniką stosowaną do identyfikacji szczepów S. cerevisiae var. boulardii jest analiza PCR-RFLP (restriction fragments length polymorphism), polegająca na trawieniu restrykcyjnym produktów amplifikacji wysoce konserwowanych regionów ITS (internal transcribed sequence) znajdujących się między genami rDNA. Przeprowadzone przez McCullough typowanie PCR-RFLP szczepów probiotycznych wykazało, że trzy szczepy były nie do odróżnienia od pozostałych szczepów z gatunku S. cerevisiae [85]. Przy równoległym typowaniu metodami PFGE i PCR-RFLP fragmentu ITS szczepy probiotyczne tworzyły osobny klaster, jednak w obrębie gatunku S. cerevisiae [87].
Za technikę typowania drożdży probiotycznych o dużej sile dyskryminacyjnej uznaje się analizę liczby powtórzeń krótkich sekwencji (simple sequence repeats, SSRs), zwaną też analizą polimorfizmu mikrosatelit. Badania Hennequin i wsp. dowiodły, że sekwencja mikrosatelitarna CAG w genie YLR177w na chromosomie XII w szczepie S. cerevisiae var. boulardii występuje w unikatowej liczbie dziewięciu powtórzeń [60].
W 2019 roku zaproponowano nową metodę typowania, łączącą zalety typowania metodami MLST (multilocus sequence typing, analiza porównawcza sekwencji genów metabolizmu podstawowego), MSP (methylation-specific PCR) oraz analizy regionów mikrosatelitarnych i polimorficznych regionów delta w obrębie retrotranspozonów Ty. Bazując na technice multiplex PCR, w której amplifikowane są mikrosatelity genów YLR177w, YOR267c i region ITS, możliwe jest odróżnienie szczepów probiotycznych od pozostałych szczepów S. cerevisiae [65].
Coraz częściej do identyfikacji drożdży S. cerevisiae var. boulardii oraz poszukiwania genetycznych determinantów właściwości probiotycznych szczepów wykorzystuje się sekwencjonowanie genomowe (whole genome sequencing, WGS). Analiza genomów dwóch szczepów S. cerevisiae var. boulardii ujawniła brak 27 funkcjonalnie scharakteryzowanych genów obecnych u innych szczepów należących do gatunku S. cerevisiae. Wśród nich znalazły się między innymi dwa geny metabolizmu maltazy (MAL11 i MAL13), dwa transportery heksozowe (HXT9 i HXT11), cztery geny metabolizmu asparaginy (ASP3-1, ASP3-2, ASP3-3 i ASP3-4) i trzy geny metabolizmu palatynozy (IMA2, IMA3, IMA4). Z wyjątkiem genu ASP3, wszystkie te geny lokalizują się w regionach telomerowych lub subtelomerowych chromosomu [68]. Na podstawie analizy sekwencji genomowych zdeponowanych w bazie YeastMine, udokumentowane zostały także różnice w liczbie kopii niektórych genów mogących warunkować specyficzne cechy fizjologiczne szczepów probiotycznych, niewystępujące u pozostałych szczepów S. cerevisiae [4]. Różnice te dotyczyły m.in. genów kodujących białko PAU, syntazę fosforanu 4-amino-5-hydroksymetylo-2-metylopirymidyny biorącą udział w szlaku biosyntezy tiaminy czy genu COS3, którego ekspresja warunkuje tolerancję na wysoki poziom zasolenia. Klastry zduplikowanych i potrójnych genów kodują głównie białka związane ze stresem, czynniki elongacyjne, białka rybosomalne, kinazy, transportery i białka eksportu fluorków, co może wpływać na większą niż w przypadku S. cerevisiae zdolność S. cerevisiae var. boulardii do adaptacji do warunków panujących w układzie pokarmowym człowieka [68].
Probiotyczne właściwości S. cerevisiae var. boulardii
Drożdże S. cerevisiae var. boulardii posiadają szereg właściwości umożliwiających profilaktykę i leczenie wielu zaburzeń ze strony układu pokarmowego, między innymi biegunki związanej z antybiotykoterapią (najczęściej Clostridioides difficile), czy zakażeń wywoływanych przez patogeny jelitowe, takie jak: Shigella flexneri, enterokrwotoczne szczepy Escherichia coli, czy Candida albicans [17, 33, 90, 109, 111, 114, 115]. Pomimo dowiedzionej skuteczności preparatów probiotycznych i ich szerokiej dostępności, mechanizmy działania probiotyków nie są w pełni poznane. Cárdenas i wsp. wskazują, że u osób zakażonych Helicobacter pylori stosowanie preparatów probiotycznych zawierających drożdże S. cerevisiae var. boulardii wpływa na zmniejszenie częstości dolegliwości ze strony przewodu pokarmowego, co może być wynikiem zwiększenia zróżnicowania składu mikroflory jelitowej po takiej terapii [18].
Ważną cechą drożdży S. cerevisiae var. boulardii jest zdolność do przeżywania w przewodzie pokarmowym człowieka. Drożdże probiotyczne są oporne na działanie enzymów trawiennych, soli żółciowych, czy kwasów organicznych [31]. Optymalna temperatura ich wzrostu i prowadzenia procesów metabolicznych wynosi 37°C, w odróżnieniu od pozostałych szczepów S. cerevisiae wykazujących optimum wzrostu w temperaturze 30°C [45]. Szczepy S. cerevisiae var. boulardii tolerują również pH w zakresie od 2,0 do 8,0, dzięki czemu są zdolne do przeżycia zarówno w środowisku żołądka, jak i jelit [45, 53].
Zdolność drożdży probiotycznych do zasiedlania układu pokarmowego człowieka jest dyskusyjna. Badania Edwards-Ingram i wsp. nie dostarczyły dowodów na istnienie różnic między S. cerevisiae var. boulardii a innymi szczepami S. cerevisiae w zdolności do kolonizacji i tempie pasażu przez układ pokarmowy człowieka [39]. Nie potwierdzono również zdolności S. cerevisiae var. boulardii do adhezji do komórek nabłonka jelita w badaniach na komórkach ludzkich linii Caco2 oraz in vivo, na modelu mysim [39]. Buts i wsp. wykazali natomiast, że po trzech dniach regularnego przyjmowania probiotyku, liczebność drożdży w treści jelitowej utrzymuje się na stałym poziomie [16]. W innym badaniu, drożdże probiotyczne wykrywane były w kale ponad 10 dni po podaniu pojedynczej dawki myszom gnotobiotycznym [104].
Mechanizm działania drożdży S. cerevisiae var. boulardii zależy w dużej mierze od etiologii biegunki. Drożdże probiotyczne oddziałują nie tylko bezpośrednio na patogeny rezydujące w jelitach, ale także modulują aktywność metaboliczną komórek nabłonka jelita, szlaki sygnalizacyjne czy czynniki immunologiczne [31]. Głównym czynnikiem przemawiającym za wykorzystaniem drożdży w profilaktyce i terapii chorób układu pokarmowego jest ich naturalna oporność na leki przeciwbakteryjne. Spekuluje się, że bakterie komensalne, w tym bakterie kwasu mlekowego (lactic acid bacteria, LAB) mogą stanowić rezerwuar genów oporności na antybiotyki. Głównym zagrożeniem płynącym z tego zjawiska jest możliwość nabycia przez bakterie chorobotwórcze genów oporności na antybiotyki w drodze horyzontalnego transferu genów. Chociaż transfer materiału genetycznego między bakteriami a drożdżami jest możliwy w procesie koniugacji TKC (trans-kingdom conjugation), angażującym bakteryjny system sekrecji typu IV (type IV secretion system, T4SS), prawdopodobieństwo tego zjawiska jest znacznie mniejsze niż w wypadku koniugujących bakterii [89]. Tym samym terapia probiotyczna szczepami S. cerevisiae var. boulardii równolegle z antybiotykoterapią jest bezpieczna [31].
Stosowanie szczepów S. cerevisiae var. boulardii pozytywnie wpływa na kontrolę translokacji patogenów jelitowych z przewodu pokarmowego do miejsc pozajelitowych, takich jak krezkowe węzły chłonne, wątroba, śledziona i krew [8, 47]. Głównymi czynnikami promującymi translokację bakteryjną są: wstrząs krwotoczny, urazy pooparzeniowe, uszkodzenia jelit, całkowite żywienie pozajelitowe, antybiotykoterapia, leczenie immunosupresyjne, ostre zapalenie trzustki oraz żółtaczka obturacyjna [29, 119].
Przeciwdrobnoustrojowy potencjał drożdży probiotycznych wynika także z aktywności licznych białek [79]. Białka powierzchniowe tj. YJL158C (glikoproteina zawierająca mannozę), YKL096W-A (mannoproteina), YMR306W (syntaza β-D-glukanowa), YKL163W (O-glikozylowane białko stabilizujące) czy YGR279C (białko o aktywności glukonazy) w szczepach S. cerevisiae var. boulardii wiążą komórki patogenów, hamując ich przyleganie do ściany jelita [118]. Inne białka (alkaliczne fosfatazy, proteazy) prowadzą do inaktywacji toksyn patogenów [16, 20, 32] lub enzymatycznej degradacji ich receptorów na komórkach jelita [98].
Co więcej, drożdże S. cerevisiae var. boulardii są zdolne do modulowania szlaków sygnałowych zależnych od kinaz aktywowanych mitogenami (MAP) m.in. w zakażeniach E. coli, C. difficile czy S. flexnerii [25, 33, 90]. Antagonistyczny wpływ S. cerevisiae var. boulardii na patogeny jelitowe obejmuje także mechanizmy, takie jak konkurencja o składniki odżywcze czy stabilizacja bariery żołądkowo-jelitowej. W licznych badaniach in vivo potwierdzono potencjał immunogenny drożdży. Stosowanie preparatów zawierających drożdże probiotyczne obniża poziom cytokin prozapalnych, tj. IL-8, IL-1-β, IL-6, TNF-α w organizmie gospodarza [25, 48, 83, 92, 107], a także stymuluje produkcję wydzielniczej immunoglobuliny A (IgA) [17].
Drożdże probiotyczne wpływają również na aktywność enzymatyczną komórek nabłonka jelita. Dowiedziono, że doustne podawanie szczepu probiotycznego prowadzi do wyraźnego wzrostu aktywności laktazy disacharydazowej, sacharazy i maltazy w mikrokosmkach jelitowych, co w rezultacie zwiększa aktywność enzymów trawiennych, a więc poprawia trawienie składników odżywczych i ich wchłanianie [63]. Udowodniono też, że drożdże S. cerevisiae var. boulardii regulują skład mikroflory jelit, zwiększając produkcję krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (short-chain fatty acids, SCFA) u pacjentów z długotrwałym, całkowitym żywieniem dojelitowym (TEN, enteral feeding). Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, będące istotnym produktem ubocznym metabolizmu bakterii beztlenowych, są głównym źródłem węgla i energii dla mikroflory jelita grubego i uczestniczą w absorpcji wody oraz elektrolitów przez błonę śluzową. Podczas żywienia dojelitowego hamują sekrecję wody do światła jelita i w ten sposób zmniejszają skłonność do powstawania biegunek [110]. Zwiększenie stężenia SCFA w wyniku przyjmowania szczepów probiotycznych S. cerevisiae var. boulardii zaobserwowano także w trakcie antybiotykoterapii [14].
Drożdże S. cerevisiae var. boulardii zostały zbadane pod kątem skuteczności klinicznej nie tylko w zakażeniach przewodu pokarmowego, ale również w chorobach przewlekłych, w tym chorobie Leśniowskiego-Crohna (Crohn’s disease, CD) [34], wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego [55], czy zespole jelita drażliwego [27, 56].
Zakażenia wywoływane przez S. cerevisiae
Mimo, że stosowanie probiotycznych drożdży ma wiele zalet i uznane jest za bezpieczne, od lat 90. XX wieku przybywa doniesień dotyczących inwazyjnych zakażeń wywołanych przez S. cerevisiae. Przegląd piśmiennictwa pokazuje, że drożdże te są czynnikiem etiologicznym wielu różnych zakażeń, od zapalenia dróg rodnych i zakażeń skórnych u pacjentów ogólnie zdrowych, po ogólnoustrojowe zakażenia krwi i narządów u pacjentów z obniżoną odpornością i chorych w ciężkim stanie ogólnym [42, 91]. Drożdże S. cerevisiae są obecnie uważane za nowo pojawiające się patogeny (emerging pathogens) [37]. Częstość występowania najgroźniejszych zakażeń, tj. fungemii wywołanych przez drożdże S. cerevisiae, nie jest znana. Szacuje się, że mogą stanowić 0,1–3,6% wszystkich przypadków krwiopochodnych zakażeń grzybiczych [74]. Z zestawienia opracowanego przez Muñoz i wsp. w 2005 roku wynika, że odnotowano łącznie 60 przypadków fungemii o etiologii S. cerevisiae [91]. Większość (60%) spośród tych przypadków wykryto na oddziałach intensywnej terapii. Podobnie, większość (71%) spośród takich chorych otrzymywało żywienie pozajelitowe, a niemal wszyscy (93%) mieli założone centralne cewniki żylne. Leczenie antybiotykami i innymi lekami przeciwbakteryjnymi o szerokim spektrum działania dotyczyło 88% chorych. Blisko połowa (45%) chorych było suplementowanych probiotycznie [91]. W innym zestawieniu, opartym na 92 przypadkach fungemii wywołanych przez drożdże S. cerevisiae, połowę (51%) stanowiły zakażenia spowodowane przez szczepy S. cerevisiae var. boulardii. W tej grupie, chorzy cierpieli na zaburzenia układu pokarmowego (58%), mieli założony centralny cewnik żylny (84%) i przebywali na oddziale intensywnej terapii (32%). Wśród innych czynników predysponujących do wystąpienia fungemii S. cerevisiae var. boulardii były całkowite żywienie pozajelitowe, immunosupresja, a także antybiotykoterapia [42]. Szczep S. cerevisiae var. boulardii jest jedynym znanym organizmem probiotycznym, dla którego zaobserwowano transmisję zakażeń w środowisku szpitalnym i ogniska epidemiczne [19, 74, 106].
Istnieje kilka hipotez, wyjaśniających drogi zakażenia grzybami S. cerevisiae var. boulardii. Pierwsza mówi o przekroczeniu bariery jelitowej i przeniknięciu do krwi, węzłów chłonnych, śledziony, wątroby, czy nerek, tak jak to opisano wcześniej dla C. albicans [7, 74]. Drożdże mogą się przedostawać do ludzkiego krwiobiegu również przez centralne wkłucie, co może tłumaczyć rozwój fungemii u pacjentów nieotrzymujących probiotyku drożdżowego, u których otrzymano dodatni wynik posiewu krwi z centralnego cewnika żylnego [74]. Transmisja między chorym a osobą przebywającą w pobliżu pacjentów otrzymujących leczenie probiotyczne zostało udowodnione przez Cassone i wsp. [19]. Szczepy wyizolowane od trzech pacjentów oddziału intensywnej terapii z centralnymi dojściami żylnymi, nieprzyjmujących probiotycznych szczepów S. cerevisiae var. boulardii miały identyczny kariotyp jak szczep pochodzący od hospitalizowanego w tej samej sali pacjenta otrzymującego probiotyk [19]. W innym badaniu wykazano, że po otwarciu opakowania liofilizowanych szczepów S. cerevisiae var. boulardii, żywe komórki utrzymują się na powierzchniach szpitalnych w odległości jednego metra od opakowania nawet przez dwie godziny i mogą pozostawać na dłoniach pracownika medycznego, który nie używał rękawiczek ochronnych podczas otwierania opakowania probiotyku, nawet po intensywnym myciu rąk [59].
W Polsce opisano dotychczas niewiele przypadków zakażeń drożdżowych, które powiązano z suplementacją probiotykiem zawierającym szczep S. cerevisiae var. boulardii. W 2017 roku Sulik-Tyszka i wsp. przeprowadzili retrospektywną analizę danych dotyczących pacjentów przebywających na oddziałach hematologii i onkologii Warszawskiego Szpitala Uniwersyteckiego w latach 2011–2013 (32 000 chorych) [113]. W badanym okresie, jedynym probiotykiem podawanym pacjentom był Enterol 250 (Biocodex, France) w dawce 250 mg liofilizowanych komórek drożdży. Wskazaniem do jego stosowania była biegunka oraz kolonizacja układu pokarmowego przez C. difficile. Probiotyczny szczep drożdży wyhodowano z 53 wymazów z jamy ustnej i odbytu pobranych od 38 pacjentów. Pacjenci, u których wykazano kolonizację drożdżami, cierpieli na ostrą białaczkę szpikową (29%) lub szpiczaka mnogiego (18%), zespół mielodysplastyczny (18%), chłoniaka (11%), przewlekłą białaczkę mielomonocytową oraz ostrą białaczkę limfoblastyczną (po 5%) lub inne schorzenia (14%). Niemal wszyscy (97%) pacjenci skolonizowani przez drożdże S. cerevisiae var. boulardii otrzymywali antybiotykoterapię skojarzoną z podawaniem probiotyku Enterol. Ciekawe, że u pacjentów onkohematologicznych, stanowiących grupę szczególnego ryzyka, drożdże S. cerevisiae var. boulardii izolowano wyłącznie z ich przewodu pokarmowego, sugerując, że szczep probiotyczny ma ograniczoną zdolność do wywoływania sepsy w tej populacji chorych [113].
Przegląd fungemii wywołanych przez S. cerevisiae var. boulardii
Na potrzeby niniejszej pracy zebrano wszystkie przypadki fungemii wywołanych na świecie przez szczepy probiotyczne S. cerevisiae var. boulardii z lat 1991–2019 (Tab. I). Ogólnie, w powyższym przedziale czasowym opisano w literaturze 58 zachorowań, w których najczęstszym czynnikiem predysponującym do wystąpienia fungemii były stosowanie probiotyków zawierających szczep S. cerevisiae var. boulardii (86%) i wcześniejsza antybiotykoterapia (88%) (Ryc. 1). Najliczniejszą grupę stanowili pacjenci przyjmujący preparat Ultra-Levure (Biocodex, France) (Ryc. 2). Większość (76%) pacjentów miała założony centralny cewnik żylny. Wyższy odsetek (88%) chorych przyjmował leki przeciwbakteryjne o szerokim spektrum działania. Z kolei, 15% chorych cierpiało na niedobór odporności wynikający z przyjmowania leków steroidowych lub występowania chorób autoimmunologicznych (Ryc. 1). Najczęściej stosowanymi lekami przeciwgrzybiczymi były flukonazol oraz amfoterycyna B, stosowane, odpowiednio, u 40% i 23% chorych (Ryc. 3).
Przegląd przypadków zakażeń wywoływanych przez S. cerevisiae var. boulardii
W tabeli wymieniono przypadki odnotowane w latach 1991–2019, według kolejności publikacji.
N – noworodek; mies. – miesiąc;
K – kobieta; M – mężczyzna
AIDS – zespół nabytego niedoboru odporności (ang. acquired immune deficiency syndrome); ARDS – zespól ostrej niewydolności oddechowej (ang. acute respiratory distress syndrome); UC – wrzodziejące zapalenie jelita grubego (ang. ulcerative colitis); IBD – choroba zapalna jelit (ang. inflammatory bowel disease); MRSA – Staphylococcus aureus oporny na metycylinę (ang. methicillin-resistant Staphylococcus aureus); POChP – przewlekła obturacyjna choroba płuc; RZS – reumatoidalne zapalenie stawów
AMB – amfoterycyna B, CAS – kaspofungina, FLU – flukonazol, MICA – mikafungina, VOR – worykonazol;
zgonu nie powiązano bezpośrednio z wystąpieniem fungemii
probiotyk podawano pacjentom hospitalizowanym w sąsiednich pomieszczeniach;
bd – brak danych
Ryc. 1.
Czynniki predysponujące do wystąpienia zakażeń szczepem S. cerevisiae var. boulardii
Wykres sporządzony na podstawie przypadków klinicznych zebranych w Tab. I.
Ryc. 2.
Substancje probiotyczne stosowane u pacjentów, u których wystąpiło zakażenie szczepem S. cerevisiae var. boulardii
Wykres sporządzony na podstawie przypadków klinicznych zebranych w Tab. I.
Ryc. 3.
Leki przeciwgrzybicze stosowane w zakażeniach szczepem S. cerevisiae var. boulardi
Wykres sporządzony na podstawie przypadków klinicznych zebranych w Tab. I.
Wnioski
Pacjenci hospitalizowani, w szczególności chorzy poddawani intensywnej terapii, są często narażeni na zakażenia podczas zabiegów medycznych i w przebiegu leczenia. Poza szpitalnymi szczepami bakterii, zagrożenie mogą stwarzać także drobnoustroje probiotyczne. Przyjmowane są one w wyniku zaleceń lekarskich często bez nadzoru medycznego [30, 59, 95]. Według najnowszych doniesień, liczba zakażeń będących powikłaniami terapii probiotycznej i wywoływanych przez drożdże z rodzaju Saccharomyces przewyższa łączną liczbę infekcji, których czynnikiem etiologicznym są bakterie probiotyczne (Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp., Bacillus spp., Pediococcus spp. i Escherichia spp.) [30]. Zakażenia grzybicze wywoływane przez S. cerevisiae var. boulardii dotykają głównie niemowlęta, osoby z obniżoną odpornością i w wieku powyżej 60 lat [30, 35]. Ze względu na potencjał patogenny drożdży probiotycznych, istnieje potrzeba bardziej wnikliwego badania skutków niepożądanych ich stosowania i prowadzenia szerszych badań epidemiologicznych. Shen i wsp. zalecają ostrożność w stosowaniu preparatów probiotycznych zawierających S. cerevisiae var. boulardii i podkreślają, że nie powinny być one stosowane u kobiet w ciąży, osób z zaburzeniami odporności, pacjentów kardiochirurgicznych z wszczepionymi sztucznymi zastawkami serca oraz u chorych leczonych na oddziałach intensywnej terapii [111].
Mimo, że dane kliniczne wskazują na bezpieczeństwo przyjmowania środków probiotycznych zawierających szczepy S. cerevisiae var. boulardii w licznych zaburzeniach układu pokarmowego, to personel medyczny powinien zdawać sobie sprawę z potencjalnych zagrożeń wynikających z ich stosowania. Szczegółowa analiza stanu indywidualnego chorego, z naciskiem na występowanie chorób współtowarzyszących (choroby zakaźne, nowotworowe, autoimmunologiczne) i uwzględniająca wiek pacjenta, powinna poprzedzać każde zalecenie lekarskie do stosowania preparatów na bazie S. cerevisiae var. boulardii.
