68. Что представляет собой молекулярная эпидемиология и какова ее роль в борьбе с туберкулезом?

К. Де Реймер (K. De Riemer)⁷, П.М. Смол (P. M. Small)⁸

Что такое молекулярная эпидемиология?

Молекулярная эпидемиология представляет собой сочетание лабораторных мето­дов молекулярного исследования, направленных на идентификацию индивиду­альных штаммов бактерий, с традиционными методами полевых эпидемиологи­ческих исследований, позволяющих определять особенности и распространение заболевания [ 1]. Изучение структуры ДНК микобактерий туберкулеза с помощью методики полиморфизма длины ее рестрикционных фрагментов (RFLP) позволя­ет судить о генетическом родстве штаммов микобактерий, выделенных от боль­ных. Пациенты, инфицированные идентичными штаммами микобактерий, веро­ятно, заразились друг от друга или от общего источника. Таким образом, в контек­сте эпидемиологических данных имеется возможность получить доказательства трансмиссии инфекции между больными активными формами туберкулеза.

Технология молекулярной эпидемиологии имеет определенные ограничения. Так, до сих пор невозможно проследить трансмиссию инфекции, если не полу­чены культуры микобактерий туберкулеза от каждого больного. Исследование ДНК требует высокого качественного контроля и соответственно высокой ква­лификации и профессионализма лабораторных работников. Не менее важное значение имеют гипотеза, требующая тестирования, план, наиболее подходящий для ее тестирования, а также четко определенная и правильно выполняющаяся схема выборочного исследования. Например, отсутствие дополнительной эпиде­миологической информации существенно ограничивает и обедняет информа­цию о сериях случаев туберкулеза, получаемую методами анализа ДНК.

Какова роль молекулярной эпидемиологии в борьбе с туберкулезом?

Методы молекулярной эпидемиологии были впервые использованы при ис­следованиях вспышек туберкулеза, для того чтобы проследить и подтвердить

предполагаемые эпидемиологические взаимосвязи, а также для демонстрации эффективности методов контроля. Исследование ДНК штаммов микобакте-рий от разных больных было проведено при вспышке туберкулеза в учрежде­нии для лиц, инфицированных ВИЧ. В сочетании с информацией, получен­ной при эпидемиологическом обследовании (опросы больных и кривая эпиде­мии), стало возможным точно установить источник инфекции и всю цепочку ее трансмиссии. Не менее важным было и то обстоятельство, что методы мо­лекулярного анализа служили подтверждением рекомендованных меропри­ятий, они сделали объективным мониторинг, существенно дополнили специ­фичность и целенаправленность мероприятий органов здравоохранения. Это касалось скрининга и раннего выявления новых случаев туберкулеза, их изо­ляции от других восприимчивых контактов, а также проведения профилакти­ческой химиотерапии инфицированным контактам. Последующий эпидемио­логический надзор за учреждением, где имела место вспышка туберкулеза, подтвердил эффективность проведенных мероприятий и продемонстрировал разрыв цепочки трансмиссии инфекции [2].

Исследования вспышек туберкулеза в последние годы проводится с исполь­зованием методов молекулярной генетики, что позволяет установить новые ме­ста и источники распространения туберкулеза. Методы молекулярной эпиде­миологии убедительно продемонстрировали пути трансмиссии туберкулеза, имевшие место в заведениях типа коммерческих [3] и нелегальных баров [4], в трущобах [5] и тюрьмах [6—9], в приютах и в иных местах, используемых без­домными в городах [ 10, 11]. Эти методы позволили быстро исключить возмож­ность возникновения вспышек туберкулеза, не прибегая к дорогим и длительным эпидемиологическим исследованиям и к несоответствующим вмешательствам. Мини-эпидемии туберкулеза и даже отдельные случаи заболевания, связан­ные с заражением от больного, выявленного уже много лет тому назад, под­твердили важность и необходимость лечения каждого, самого «трудного» не­дисциплинированного пациента [12]. Столь же важно быстро и эффективно выявлять контактных лиц для проведения мер профилактики. Методы молеку­лярной эпидемиологии были использованы при подтверждении трансмиссии туберкулеза в лечебных учреждениях. Это были не только случаи переноса ин­фекции от одного больного к другому, но и заражение медицинских работников от больных или, наоборот, больных от медицинских работников [13, 14]. Доку­ментирован также перенос инфекции при неадекватной стерилизации инстру­ментария, например бронхоскопов [15, 16]. Значимость подобной информации состоит в том, что установление мест и путей переноса инфекции ориентирует в мероприятиях по предотвращению трансмиссии туберкулеза. Эффективное их проведение может сократить или прекратить новые случаи заболевания.

Применение методов молекулярной эпидемиологии при исследованиях, проводимых на уровне популяций, представляет особые трудности из-за их до­роговизны и необходимости большой лабораторной базы. Тем не менее они обеспечивают получение новых, не достижимых иными методами знаний о ди­намике трансмиссии туберкулеза в сообществе. Примером может служить мас­совое исследование, проводившееся в Сан-Франциско (США) на протяжении

7 лет. Оно четко продемонстрировало, что снижение частоты трансмиссии ту­беркулезной инфекции частично обусловлено результатами мероприятий, предпринятых службой здравоохранения. Эти мероприятия существенно снизи­ли число случаев заражения туберкулезом среди уроженцев США, что подтвер­ждалось закономерным снижением числа «пучков» инфекции среди них [17]. Число иммигрантов среди больных туберкулезом в Сан-Франциско превыша­ет 65%, но они также весьма редко становятся источниками инфицирования уроженцев США. В подавляющем большинстве случаев трансмиссия туберку­лезной инфекции среди городских жителей — уроженцев США — связана с факто­рами риска, например, с ВИЧ-инфекцией, токсикоманией и бездомностью [18]. Методы молекулярной эпидемиологии использовались при исследованиях, проводившихся в южном районе Мехико на протяжении 5 лет. Оно показало, что частота «пучков» и первичной лекарственной устойчивости, отражавшие недавнюю трансмиссию туберкулеза, закономерно снижались после внедрения в практику стратегии DOTS (неопубликованные данные Garcia-Garcia M.; На­циональный институт народного здравоохранения, Мехико).

Методы молекулярной эпидемиологии могут быть очень полезны в установле­нии перекрестной контаминации лабораторных культур, которые имеют место в 1—4% случаев даже в самых квалифицированных бактериологических лабора­ториях [19]. Кроме того, эти методы позволяют выявить экзогенную суперин­фекцию [20, 21], а также одновременное инфицирование не менее чем двумя штаммами микобактерий [22] туберкулеза. Возможность подобного феномена допускалась, но доказать его удалось только с помощью изучения особенностей структуры ДНК разных штаммов возбудителя. В настоящее время ряд научных центров проводит изучение роли реинфекции преимущественно в странах со значительным распространением туберкулеза. Именно соотношение между недавней инфекцией и реинфекцией среди заболевших туберкулезом может служить иллюстрацией эффективности работы службы общественного здра­воохранения. Ответ на данный вопрос может дать только молекулярная эпи­демиология.

Методы молекулярной эпидемиологии также показали, что распростра­нителями туберкулеза могут служить больные, в мазках мокроты которых микобактерии туберкулеза не обнаруживаются. Именно такие больные ТБ с отрицательными результатами бактериоскопии мазков мокроты становятся ис­точником трансмиссии туберкулеза в каждом пятом случае заболевания, отмеча­емого в сообществах с незначительной распространенностью этой инфекции [23]. Молекулярная эпидемиология в сочетании с традиционными методами исследо­вания (например, кожные туберкулиновые пробы) позволяет выявить наиболее вирулентные и патогенные штаммы возбудителя туберкулеза [24].

Как молекулярная эпидемиология будет использоваться в будущем?

Представляется вполне вероятным, что методики молекулярного генотипиро-вания (например, анализ RFLP) будут и в дальнейшем использоваться при ис-

ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭПИДЕМИОЛОГИЯ И КАКОВА ЕЕ РОЛЬ

В БОРЬБЕ С ТУБЕРКУЛЕЗОМ?

следованиях перекрестной контаминации в условиях бактериологических ла­бораторий. Они приобретут все более важное значение в установлении источ­ников возникновения вспышек туберкулеза, а также в дифференциации реци­дивов заболевания и случаев экзогенной реинфекции [25]. Если же предвари­тельные результаты исследований, выполненных методами молекулярной эпидемиологии, подтвердят существование специфических различий между отдельными штаммами возбудителя, то появится возможность использовать эти различия для улучшения мер профилактики и лечения туберкулеза. Соот­ветственно резко возрастет роль этих методов в борьбе с туберкулезной инфек­цией. Важное значение могут приобрести сведения о различиях в инфекцион­ной способности и в патогенности различных штаммов микобактерий тубер­кулеза. Сравнительный геномный анализ микобактерий туберкулеза может выявить генетические детерминанты их вирулентности, способности образо­вывать аэрозоли, инфективности, патогенности, лекарственной устойчивости и иных факторов, важных для патогенеза туберкулеза. Молекулярная эпиде­миология и функциональная геномика могут внести существенный вклад в разработку новых подходов и методов диагностики туберкулеза, в создание новых лекарств и в конечном итоге вакцин.

Литература

1. Thompson RCA, ed. Molecular epidemiology of infectious diseases. New York, Oxford University Press, 2000.

2. Daley CL et al. An outbreak of tuberculosis with accelerated progression among persons infected with the human immunodeficiency virus. An analysis using restriction-fragment-length polymorphisms. New England Journal of Medicine, 1992, 326:231-235.

3. Kline SE, Hedemark LL, Davies SF Outbreak of tuberculosis among regular patrons of a neighborhood bar. New England Journal of Medicine, 1995, 333:222—227.

4. Garcia-Garcia M et al. The role of core groups in transmitting Mycobacterium tuberculosis in a high prevalence community in Southern Mexico. International Journal of Tuberculosis and Lung Disease, 2000, 4:12—17.

5. Leonhardt KK et al. A cluster of tuberculosis among crack house contacts in San Mateo County, California. American Journal of Public Health, 1994, 84:1834—1836.

6. March F et al. Predictors of tuberculosis transmission in prisons: an analysis using conventional and molecular methods. AIDS, 2000, 14:525—535.

7. Chaves F et al. A longitudinal study of transmission of tuberculosis in a large prison pop­ulation. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 1997, 155:719—725.

8. Ferreira MM et al. Tuberculosis and HIV infection among female inmates in Sao Paulo, Brazil: a prospective cohort study. Journal of Acquired Immune Deficiency Syndrome and Human Retrovirology, 1996, 13:177—183.

9. Valway SE et al. Outbreak of multi-drug-resistant tuberculosis in a New York State prison, 1991. American Journal of Epidemiology, 1994, 140:113—122.

10. Barnes PF et al. Transmission of tuberculosis among the urban homeless. Journal of the American Medical Association, 1996, 275:305—307.

11. Gutierrez MC et al. Molecular fingerprinting of Mycobacterium tuberculosis and risk factors for tuberculosis transmission in Paris, France, and surrounding area. Journal of Clinical Microbiology, 1998, 36:486—92.

12. Chin DP et al. Spread of Mycobacterium tuberculosis in a community implement­ing recommended elements of tuberculosis control. Journal of the American Medical Association, 2000, 283:2968—2974.

13. Frieden TR et al. A multi-institutional outbreak of highly drug-resistant tubercu­losis: epidemiology and clinical outcomes. Journal of the American Medical

Association, 1996, 276:1229—1235.

14. Ikeda RN et al. Nosocomial tuberculosis: an outbreak of a strain resistant to seven drugs. Infection Control and Hospital Epidemiology, 1995, 16:152—159.

15. Michele TM et al. Transmission of Mycobacterium tuberculosis by a fiber optic bronchoscope. Identification by DNA fingerprinting. Journal of the American

Medical Association, 1997, 278:1093—1095.

16. Agerton T et al. Transmission of a highly drug-resistant strain (strain W1) of Mycobacterium tuberculosis. Community outbreak and nosocomial transmission via a contaminated bronchoscope. Journal of the American Medical Association,

1997, 278:1073—1077.

17. Jasmer RM et al. A molecular epidemiologic analysis of tuberculosis trends in San Francisco, 1991—1997. Annals of Internal Medicine, 1999, 130:971—978.

18. Chin DP et al. Differences in contributing factors to tuberculosis incidence in U.S.-born and foreign-born persons. American Journal of Respiratory and Critical

Care Medicine, 1998, 158:1797—1803.

19. Burman WJ et al. The incidence of false-positive cultures for Mycobacterium tubercu­losis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 1997, 155:321—326.

20. van Rie A et al. Exogenous reinfection as a cause of recurrent tuberculosis after curative treatment. New England Journal of Medicine, 1999, 341:1174—1179.

21. Small PM et al. Exogenous reinfection with multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis in patients with advanced HIV infection. New England Journal of

Medicine, 1993, 328:1137—1144.

22. Yeh RW, Hopewell PC, Daley CL. Simultaneous infection with two strains of Mycobacterium tuberculosis identified by restriction fragment length polymorphism analysis. International Journal of Tuberculosis and Lung Disease, 1999, 3:537—539.

23. Behr MA et al. Transmission of Mycobacterium tuberculosis from patients smear-negative for acid-fast bacilli. Lancet, 1999, 353:444—449.

24. Valway SE et al. An outbreak involving extensive transmission of a virulent strain of Mycobacterium tuberculosis. New England Journal of Medicine, 1998,

338:633—639.

25. Behr MA, Small PM. Molecular fingerprinting of Mycobacterium tuberculosis: how can it help the clinician? Clinical Infectious Diseases, 1997, 25:806—810.