Wąglik – przyczyny powstania choroby i czynniki sprawcze

Wąglik to jedna z najpoważniejszych chorób zakaźnych, której przyczyny zostały poznane już w XIX wieku. Choroba ta była pierwszą bakteryjną infekcją, dla której udowodniono związek przyczynowo-skutkowy między drobnoustrojem a schorzeniem¹. Zrozumienie etiologii wąglika ma kluczowe znaczenie dla skutecznej profilaktyki i leczenia tej potencjalnie śmiertelnej choroby.

Czynnik sprawczy wąglika

Wąglik jest wywoływany przez bakterię Bacillus anthracis – gram-dodatnią, pałeczkowatą bakterię zdolną do tworzenia zarodników²³. Jest to jedyny obligatoryjnie chorobotwórczy organizm w dużym rodzaju Bacillus⁴. Bakteria ta charakteryzuje się specyficzną budową – ma średnicę 1-1,5 mikrometra i długość 3-10 mikrometrów. Zwykle jest prosta, choć może być lekko zakrzywiona, a końce pałeczek są obcięte, nie zaokrąglone⁵.

Bacillus anthracis wytwarza kapsułę, którą można łatwo uwidocznić za pomocą barwienia błękitem metylenowym lub tuszem indyjskim. Na agarze krwi kolonie mają charakterystyczny, szklany wygląd i są przylegające, pojawiając się jako szare lub białe. Kolonie mają średnicę 4-5 mm i wykazują charakterystyczne wystające kształty przypominające przecinki⁵.

Charakterystyczne właściwości bakterii

Bacillus anthracis wykazuje szereg unikalnych cech, które czynią go szczególnie niebezpiecznym patogenem. Bakteria ta jest beztlenowcem fakultatywnym, co oznacza, że może funkcjonować zarówno w obecności, jak i przy braku tlenu⁶. Ta właściwość umożliwia jej przetrwanie w różnych warunkach środowiskowych.

Kluczową cechą Bacillus anthracis jest zdolność do wytwarzania silnie toksycznych egzotoksyn podczas fazy wegetatywnej. Główne toksyny to toksyna śmiertelna (lethal toxin) i toksyna obrzękowa (edema toxin)⁵. Toksyna śmiertelna jest najważniejszym czynnikiem zjadliwości i główną przyczyną śmierci⁵. Składa się z kombinacji antygenu ochronnego (protective antigen) i czynnika śmiertelnego (lethal factor)⁵.

Drugim głównym czynnikiem zjadliwości Bacillus anthracis jest kapsuła anty-fagocytarna zbudowana z kwasu poli-D-glutaminowego⁵. Kapsuła ta chroni bakterię przed pochłonięciem przez komórki układu odpornościowego gospodarza, znacząco zwiększając jej zdolność do przetrwania i rozprzestrzeniania się w organizmie.

Tworzenie i właściwości zarodników

Najbardziej charakterystyczną i niebezpieczną właściwością Bacillus anthracis jest zdolność do tworzenia zarodników (spor). Proces sporulacji zachodzi, gdy bakterie wegetatywne zostają wystawione na działanie tlenu⁷. Zarodniki mają kształt eliptyczny i są niezwykle odporne na działanie wysokich temperatur, wysychania, promieniowania ultrafioletowego i gamma⁷.

Zdolność zarodników wąglika do przetrwania przez bardzo długie okresy stała się niemal legendarna⁸. Zarodniki mogą pozostać żywotne w glebie i innych środowiskach przez dziesięciolecia⁴⁹. Warunkiem, który najbardziej sprzyja długiemu przetrwaniu, jest suchość⁸.

To właśnie poprzez pobieranie zarodników ze środowiska dochodzi głównie do zakażenia wąglikiem⁴. Zarodniki mogą kiełkować poza organizmem zwierzęcia, jeśli warunki na to pozwalają⁴, choć rzadkość środowiskowego cyklingu nie jest powszechnie akceptowana przez wszystkich badaczy⁴.

Warunki środowiskowe sprzyjające występowaniu

Występowanie wąglika w środowisku naturalnym jest ściśle związane z określonymi warunkami glebowymi i klimatycznymi. Bakteria Bacillus anthracis występuje naturalnie w glebie na całym świecie¹⁰, ale niektóre warunki szczególnie sprzyjają jej przetrwaniu i aktywacji.

Związek wysokiego pH gleby z miejscami sprzyjającymi utrzymywaniu się wąglika sięga co najmniej początku XX wieku⁸. Związek wapnia z miejscami sprzyjającymi wąglikowi wydaje się być rozpoznawany w Federacji Rosyjskiej od ponad wieku w ramach koncepcji czarnoziemu – procesu kalcyfikacji gleby z wapiennego materiału macierzystego⁸.

Wąglik występuje głównie w glebach alkalicznych z wysokim poziomem azotu spowodowanym rozkładającą się roślinnością, podczas naprzemiennych okresów deszczu i suszy oraz w temperaturach przekraczających 15°C¹¹. Nie jest dobrze zrozumiane, dlaczego choroba nagle pojawia się ponownie, ale prawdopodobnie występuje w odpowiedzi na zmiany środowiskowe¹¹.

Mechanizm zakażenia i aktywacji

Po dostaniu się do organizmu zarodniki wąglika ulegają aktywacji w kontakcie z płynami ustrojowymi¹²¹³. Zarodniki są normalnie uśpione, ale jeśli dostaną się do organizmu osoby lub zwierzęcia, mogą rozwinąć się w aktywnie rosnące komórki dzięki obecności wody, cukrów i innych składników odżywczych¹³.

Po wejściu do organizmu zarodniki kiełkują wewnątrz makrofagów, które następnie migrują do regionalnych węzłów chłonnych, gdzie bakterie się namnażają¹⁴. Po aktywacji bakterie namnażają się w całym ciele, wytwarzając toksyny, które mogą powodować ciężką chorobę¹³. Bakteremia może wystąpić w każdej postaci wąglika i występuje w prawie wszystkich przypadkach śmiertelnych¹⁴.

Wąglik składa się z trzech białek. Żadne z tych białek nie jest toksyczne samo w sobie, ale w połączeniu mogą tworzyć śmiertelną mieszankę, zakłócającą szlaki sygnalizacji komórkowej i powstrzymującą komórki przed prawidłowym funkcjonowaniem, wyłączając układ odpornościowy gospodarza i prowadząc do śmierci¹³.

Źródła zakażenia i drogi transmisji

Wąglik jest przede wszystkim chorobą zwierząt, szczególnie przeżuwaczy takich jak owce, bydło i kozy¹⁵¹⁶. Ludzie mogą zakazić się wąglikiem, jeśli wejdą w kontakt z zakażonymi zwierzętami¹⁵. Zakażenie u ludzi najczęściej dotyczy skóry, przewodu pokarmowego lub płuc¹⁵.

Istnieją trzy główne drogi zakażenia wąglikiem: skórna (najczęstsza), płucna (wziewna) i pokarmowa¹⁵¹⁶. Wąglik skórny występuje, gdy zarodniki wąglika dostają się do organizmu przez skaleczenie lub zadrapanie na skórze¹⁵. Wąglik wziewny rozwija się, gdy zarodniki wąglika dostają się do płuc przez drogi oddechowe¹⁵. Wąglik pokarmowy występuje, gdy ktoś spożyje mięso skażone wąglikiem¹⁵.

Ludzie zwykle chorują na wąglik, jeśli wejdą w kontakt z zakażonymi zwierzętami lub skażonymi produktami zwierzęcymi¹⁰. Zakażenie u ludzi może być nabyte przez kontakt skórny (najczęstszy), spożycie, wdychanie lub iniekcję⁶. Wąglik może być również używany jako broń biologiczna¹⁵ Zobacz więcej: Wąglik jako broń biologiczna – potencjał bioterrorystyczny bakterii.

Odporność i przetrwalność w środowisku

Zarodniki Bacillus anthracis charakteryzują się wyjątkową odpornością na niekorzystne warunki środowiskowe. Są ekstremalne odporne na warunki środowiskowe takie jak ogrzewanie, zamrażanie, dezynfekcja chemiczna lub odwodnienie, które zazwyczaj niszczą inne rodzaje bakterii¹⁷.

Zarodniki są bardzo stabilne i mogą pozostać żywotne przez wiele lat w glebie i wodzie¹⁸. Bakteria Bacillus anthracis może tworzyć wysoce odporne zarodniki, które przetrwają w środowisku przez dziesięciolecia¹⁹. Ta niezwykła odporność sprawia, że miejsca skażone wąglikiem mogą stanowić zagrożenie przez bardzo długi czas Zobacz więcej: Czynniki środowiskowe wpływające na występowanie wąglika.

Zarodniki wąglika wymagają warunków alkalicznych do przetrwania, więc lokalizacje, które naturalnie mają gleby alkaliczne, są bardziej narażone na ryzyko²⁰. Idealne warunki dla wybuchu wąglika to intensywne deszcze lub powodzie wiosną, które wynoszą zarodniki na powierzchnię, a następnie susza, która powoduje, że zwierzęta pasą się blisko ziemi i je pochłaniają²⁰.