Escherichiozy (rodzaj Escherichia, E. coli)

Główny przedstawiciel rodzaju Escherichia - E. coli - został odkryty po raz pierwszy w 1885 roku przez T. Eschericha, od którego nazwiska pochodzi nazwa tego rodzaju bakterii. Główne cechy tego rodzaju: perytrychiczne (czyli nieruchliwe), fermentują laktozę z wytworzeniem kwasu i gazu (czyli laktozo-ujemne), nie rosną na podłożu głodowym z cytrynianem, reakcja Vogesa-Proskauera jest ujemna, test MR jest dodatni, nie mają deaminazy fenyloalaninowej, nie rosną na podłożu z KCN, zawartość G + C w DNA wynosi 50-51 mol%.

Rodzaj Escherichia obejmuje co najmniej 7 gatunków; szczególne znaczenie w medycynie ma gatunek E. coli, w szczególności te warianty, które powodują choroby u ludzi. Dzielą się na 2 główne grupy: te, które powodują choroby pozajelitowe i te, które powodują ostre choroby jelit (AID). Przedstawiciele pierwszej grupy dzielą się na trzy grupy patologiczne:

1. oponowe (MENEC - zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych wywołane przez E. coli);
2. posocznicowe (SEPEC - posocznica E. coli) i
3. uropatogenne (UPEC - uropatogenne E. coli).

Z kolei warianty E. coli powodujące ostre infekcje dróg oddechowych podzielono początkowo na następujące 4 kategorie: enterotoksyczne E. coli (ETEC); enteroinwazyjne E. coli (EIEC); enteropatogenne E. coli (EPEC) i enterokrwotoczne E. coli (EHEC). Następnie zidentyfikowano dwie kolejne kategorie: enteroagregacyjne E. coli (EAEC) i rozproszone agregacyjne E. coli (DAEC).

Ponadto bakteria E. coli jest stosowana w normach międzynarodowych jako wskaźnik stopnia zanieczyszczenia kałowego wody, zwłaszcza wody pitnej i produktów spożywczych.

Standardowy szczep E. coli (E. coli K-12) jest powszechnie stosowany w laboratoriach w wielu krajach świata do badania genetyki bakterii.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Morfologia

E. coli jest fakultatywnym beztlenowcem, dobrze rośnie na konwencjonalnych podłożach odżywczych - kolonie na agarze są okrągłe, wypukłe, półprzezroczyste. Wzrost na bulionie ma postać rozproszonego zmętnienia. Optymalna temperatura dla wzrostu wynosi 37 °C, rośnie w zakresie od 10 do 45 °C, optymalne pH wynosi 7,2-7,5. Na wszystkich podłożach diagnostyki różnicowej kolonie E. coli rozkładające laktozę są zabarwione na kolor wskaźnika (na podłożu Endo - ciemnoczerwone z metalicznym połyskiem).

Właściwości biochemiczne

W większości przypadków E. coli jest zdolna do fermentacji następujących węglowodanów, tworząc kwas i gaz: glukozę, laktozę, mannitol, arabinozę, galaktozę, czasami sacharozę i niektóre inne węglowodany; tworzy indol; zwykle nie tworzy H2S _; redukuje azotany do azotynów, nie upłynnia żelatyny, nie rośnie na podłożu głodowym z cytrynianem, daje pozytywną reakcję w MR i negatywną reakcję w Voges-Proskauer. Na podstawie tych objawów można ją łatwo odróżnić od patogenów szeregu chorób (czerwonki, duru brzusznego, salmonellozy itp.). Jednak patogenne E. coli bardzo często nie różnią się od niepatogennych ani pod względem właściwości kulturowych, ani biochemicznych.

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ]

Czynniki patogeniczności E. coli

Zdolność bakterii E. coli do wywoływania różnych chorób wynika z obecności następujących czynników patogennych:

Czynniki adhezyjne i kolonizacyjne. Są niezbędne do przyłączenia się do komórek tkankowych i ich kolonizacji. Odkryto trzy warianty czynnika kolonizacyjnego: a) CFA/I-CFA/VI (czynnik kolonizacyjny) - mają strukturę fimbrialną; b) EAF (enteropatogenny czynnik przylegania E. coli) - intimina - białko błony zewnętrznej, kodowane przez gen eaeA. Występuje u 4 i EHEC, wykrywana jest przez zdolność bakterii do przyłączenia się do komórek Hep-2; c) Adhezyjny Henle-407 - struktury fimbrialne, wykrywane przez zdolność bakterii do przyłączenia się do komórek Henle-407. Wszystkie są kodowane przez geny plazmidowe. Oprócz nich opisano inne czynniki kolonizacyjne, do których można zaliczyć również lipopolisacharydy bakteryjne.

Czynniki inwazyjne. Za ich pomocą EIEC i EHEC wnikają np. do komórek nabłonka jelit, rozmnażają się w nich i powodują ich zniszczenie. Rolę czynników inwazyjnych pełnią białka błony zewnętrznej.

Egzotoksyny. Stwierdzono, że patogenne E. coli zawierają egzotoksyny, które uszkadzają błony (hemolizyna), hamują syntezę białek (toksyna Shiga) i aktywują wtórne przekaźniki (przekaźnik - komunikacja) - toksyny CNF, ST, CT, CLTD, EAST.

Hemolizyny są wytwarzane przez różne patogeny, w tym E. coli. Hemolizyna jest toksyną tworzącą pory. Najpierw wiąże się z błoną komórkową, a następnie tworzy w niej pory, przez które małe cząsteczki i jony wchodzą i wychodzą, co prowadzi do śmierci komórki i lizy erytrocytów.

Toksynę Shiga (STX) po raz pierwszy odkryto w Shigella dysenteriae, a następnie podobną toksynę (toksynę podobną do Shiga) odkryto w EHEC. Toksyna (N-glikozydaza) blokuje syntezę białek poprzez interakcję z 28S rRNA, co powoduje śmierć komórki (cytotoksyna). Istnieją dwa rodzaje toksyny podobnej do Shiga: STX-1 i STX-2. STX-1 jest niemal identyczna z toksyną Shiga pod względem właściwości antygenowych, podczas gdy STX-2 różni się od toksyny Shiga pod względem właściwości antygenowych i, w przeciwieństwie do STX-1, nie jest neutralizowana przez antyserum. Synteza cytotoksyn STX-1 i STX-2 jest kontrolowana w E. coli przez geny umiarkowanie konwertujących profagów 9331 (STX-1) i 933W (STX-2).

• Toksyna L (toksyna termolabilna) jest ADP-rybozylotransferazą; wiążąc się z białkiem G, powoduje biegunkę.
• Toksyna ST (toksyna termostabilna) wchodząc w interakcję z receptorem cyklazy guanylowej, stymuluje jego aktywność i powoduje biegunkę.
• CNF (cytotoksyczny czynnik martwiczy) to białko deamidazy, które uszkadza tzw. białka RhoG. Toksyna ta występuje w UPEC, który powoduje zakażenia dróg moczowych.
• Toksyna CLTD jest cytoletalną toksyną rozpadającą. Mechanizm działania jest słabo poznany.
• Toksyna EAST jest toksyną termostabilną bakterii E. coli enteroagregacyjnej (EAEC), prawdopodobnie podobną do toksyny termostabilnej (ST).

Endotoksyny są lipopolisacharydami. Określają one specyficzność antygenową bakterii (która jest określana przez powtarzający się łańcuch boczny cukrów) i kształt kolonii (utrata łańcuchów bocznych prowadzi do przekształcenia kolonii S w kolonie R).

Zatem czynniki patogeniczności E. coli są kontrolowane nie tylko przez geny chromosomalne komórki gospodarza, ale także przez geny wprowadzane przez plazmidy lub umiarkowane fagi konwertujące. Wszystko to wskazuje na możliwość pojawienia się wariantów patogennych E. coli w wyniku rozprzestrzeniania się plazmidów i umiarkowanych fagów wśród nich. Poniżej znajduje się krótki opis 4 kategorii E. coli wywołujących ostre infekcje dróg oddechowych; informacji na temat niedawno zidentyfikowanych kategorii DAEC i EAEC nie znaleziono w dostępnych nam źródłach.

ETEC obejmuje 17 serogrup. Czynniki adhezji i kolonizacji struktury fimbrii typu CFA i enterotoksyny (LT lub ST, lub obie) są kodowane przez ten sam plazmid(y). Kolonizują kosmki, nie uszkadzając ich. Enterotoksyny powodują zaburzenie metabolizmu wody i soli. Lokalizacja procesu to jelito cienkie. Dawka zakaźna wynosi 108-1010 komórek. Choroba przebiega jako biegunka podobna do cholery. Typ epidemii jest przenoszony drogą wodną, rzadziej drogą pokarmową. Dotknięte są dzieci w wieku od 1 do 3 lat i dorośli.

EIEC obejmuje 9 serogrup, patogenność związana jest ze zdolnością do wnikania w komórki nabłonkowe błony śluzowej jelit i namnażania się w ich wnętrzu, powodując ich zniszczenie. Właściwości te są kodowane, oprócz genów chromosomalnych, przez geny plazmidowe (140 MD). Plazmid koduje syntezę białek błony zewnętrznej, które determinują inwazję. Zarówno sam plazmid, jak i kodowane przez niego białka są spokrewnione z patogenami czerwonki, co wyjaśnia podobieństwo EIEC do shigella. Dawka zakaźna wynosi 10s komórek. Lokalizacja procesu to dolne jelito kręte i jelito grube. Choroba przebiega jak czerwonka: początkowo wodnista biegunka, następnie zespół jelita grubego. Chorują dzieci w wieku 1,5-2 lat, młodzież i dorośli. Rodzaj ognisk - żywność, woda.

Epidemiologia

E. coli jest przedstawicielem normalnej mikroflory przewodu pokarmowego wszystkich ssaków, ptaków, gadów i ryb. Dlatego, aby wyjaśnić, które warianty E. coli i dlaczego powodują escherichiozę, konieczne było zbadanie struktury antygenu, opracowanie klasyfikacji serologicznej niezbędnej do identyfikacji patogennych serowariantów i ustalenie, jakie czynniki patogeniczności posiadają, tj. dlaczego są zdolne do wywoływania różnych form escherichiozy.

E. coli ma 171 wariantów antygenu O (01-0171), 57 wariantów antygenu H (H1-H57) i 90 wariantów antygenu K powierzchniowego (otoczkowego). Jednak w rzeczywistości istnieją 164 grupy antygenów O i 55 serowariantów antygenu H, ponieważ niektóre z poprzednich serogrup 0:H zostały wykluczone z gatunku E. coli, ale numery porządkowe antygenów O i H pozostały niezmienione. Charakterystyka antygenowa biegunkowej E. coli obejmuje numery antygenów O i H, na przykład 055:116; 0157:H7; Antygen O wskazuje na przynależność do określonej serogrupy, a antygen H jest jej serowariantem. Ponadto, bardziej szczegółowe badanie antygenów O i H ujawniło tzw. antygeny czynnika O i H, tj. ich podwarianty antygenowe, takie jak H2a, H2b, H2c lub O20, O20a, O20ab itp. Łącznie lista biegunkowych E. coli obejmuje 43 serogrupy O i 57 serowariantów OH. Lista ta jest stale uzupełniana o nowe serowarianty.

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Objawy

Grupa obejmuje 9 serogrup klasy 1 i cztery serogrupy klasy 2. Serogrupy klasy 1 mają plazmid (60 MDa), który kontroluje syntezę czynnika adhezji i kolonizacji typu EAF. Jest on reprezentowany przez białko zlokalizowane w błonie zewnętrznej i jest wykrywany przez zdolność bakterii do przyłączania się do komórek HEp-2. Białko ma masę cząsteczkową 94 kDa. Serogrupy klasy 2 nie mają tego plazmidu; ich patogenność wynika z innych czynników. Stwierdzono, że niektóre szczepy obu klas są w stanie syntetyzować STX. 4 kolonizują błonę plazmatyczną enterocytów, powodując uszkodzenie powierzchni nabłonka z tworzeniem nadżerek i umiarkowanym stanem zapalnym. Dawka zakaźna wynosi 105-10 ¹² komórek. Proces jest zlokalizowany w jelicie cienkim. Choroba charakteryzuje się wodnistą biegunką i ciężkim odwodnieniem. Chorują głównie dzieci w pierwszym roku życia. Zakażenie następuje drogą kontaktową - domową, rzadziej drogą pokarmową.

Serogrupy EIEC i 4 są najczęstszą przyczyną epidemii szpitalnych.

EHEC wytwarzają cytotoksyny STX-1 i STX-2. Wywołują one u ludzi krwotoczne zapalenie jelit z poważnymi powikłaniami, takimi jak hemolityczna mocznica i zakrzepowa plamica małopłytkowa. Toksyny niszczą komórki śródbłonka małych naczyń krwionośnych. Tworzenie się skrzepów krwi i odkładanie się fibryny prowadzi do upośledzenia przepływu krwi, krwawienia, niedokrwienia i martwicy w ścianie komórkowej. Zespół hemolityczny mocznicowy może być śmiertelny. EHEC są reprezentowane przez wiele serotypów (-150), ale główną rolę epidemiologiczną odgrywają E. coli 0157-H7 i jego wiciowiec mutant E. coli 0157:NM, ponieważ tylko one wytwarzają STX. Te szczepy bakterii mogą wydzielać tylko jedną z cytotoksyn lub obie jednocześnie. Uważa się, że naturalnym rezerwuarem serotypów EHEC, w tym E. coli 0157:H7, jest bydło i owce. Najczęstszą drogą zakażenia jest żywność (mięso, zwłaszcza mielone; mleko). Bakteria E. coli 0157:H7 jest niezwykle odporna na niekorzystne czynniki. Przyczynia się to do jej przetrwania i rozmnażania w różnych produktach. Zakażenie jest możliwe poprzez kontakt z przedmiotami gospodarstwa domowego. Początek choroby jest ostry: występują skurcze jelit, następnie biegunka, początkowo wodnista, potem krwawa. Chorują dzieci i dorośli. Osoba chora jest zaraźliwa.

Diagnostyka laboratoryjna

Opiera się na izolacji czystej kultury patogenu i jego identyfikacji, a także na badaniu toksyn za pomocą PCR. Czynnik wywołujący escherichiozę identyfikuje się za pomocą zestawu poliwalentnych surowic OK i zestawu zaadsorbowanych surowic zawierających przeciwciała tylko do niektórych antygenów. Do identyfikacji EIEC można użyć testu keratokonjunktywalnego. Niektórzy przedstawiciele EIEC są nieruchomi i nie fermentują laktozy i salicyny. Identyfikację E. coli 0157:H7 ułatwia jej niezdolność do fermentacji sorbitolu (zamiast laktozy stosuje się medium Endo z sorbitolem). Jednak do identyfikacji i różnicowania patogenów OKZ (wszystkie kategorie) najlepiej jest używać systemów testowych PCR. W razie potrzeby określa się wrażliwość wyizolowanych patogenów na antybiotyki.

Leczenie E. coli

Stosuje się różne antybiotyki. Do przywrócenia zaburzonej gospodarki wodno-solnej stosuje się doustne roztwory soli fizjologicznej. Produkuje się je w torebkach celofanowych w postaci proszków zawierających NaCl - 3,5 g; NaHC03 - 2,5 g; KCl - 1,5 g i glukozę - 20,0 g i rozpuszcza w 1 litrze wody.