Escherichioses (rod Escherichia, E. coli)

Glavnega predstavnika rodu Escherichia - E. coli - je leta 1885 prvič odkril T. Escherich, po katerem je ta rod bakterij dobil ime. Ključne značilnosti tega rodu: peritrične (ali negibne), fermentirajo laktozo s tvorbo kisline in plina (ali so laktozno negativne), ne rastejo na gojišču s citratom, Voges-Proskauerjeva reakcija je negativna, MR test je pozitiven, nimajo fenilalanin deaminaze, ne rastejo na gojišču s KCN, vsebnost G + C v DNK je 50-51 mol%.

Rod Escherichia vključuje vsaj 7 vrst; v medicini je še posebej pomembna vrsta E. coli, zlasti tiste različice, ki povzročajo človeške bolezni. Delimo jih v dve glavni skupini: tiste, ki povzročajo zunajčrevesne bolezni, in tiste, ki povzročajo akutne črevesne bolezni (AČB). Predstavniki prve so razdeljeni v tri patološke skupine:

1. meningealni (MENEC - meningitis E. coli);
2. septikemija (SEPEC - septikemija E. coli) in
3. uropatogeni (UPEC - uropatogena E. coli).

Različice E. coli, ki povzročajo akutne okužbe dihal, so bile sprva razdeljene v naslednje 4 kategorije: enterotoksigena E. coli (ETEC), enteroinvazivna E. coli (EIEC), enteropatogena E. coli (EPEC) in enterohemoragična E. coli (EHEC). Kasneje sta bili opredeljeni še dve kategoriji: enteroagregativna E. coli (EAEC) in difuzno agregativna E. coli (DAEC).

Poleg tega se E. coli v mednarodnih standardih uporablja kot indikator stopnje fekalne kontaminacije vode, zlasti pitne vode, in živil.

Standardni sev E. coli (E. coli K-12) se pogosto uporablja v laboratorijih v mnogih državah po svetu za preučevanje genetike bakterij.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Morfologija

E. coli je fakultativni anaerob, dobro raste na običajnih hranilnih gojiščih - kolonije na agarju so okrogle, konveksne, prosojne. Rast na brozgi je v obliki difuzne motnosti. Temperaturni optimum za rast je 37 °C, raste v območju od 10 do 45 °C, optimalni pH je 7,2-7,5. Na vseh diferencialno diagnostičnih gojiščih so kolonije E. coli, ki razgrajujejo laktozo, obarvane v barvo indikatorja (na Endo gojišču - temno škrlatno s kovinskim sijajem).

Biokemijske lastnosti

V večini primerov je E. coli sposobna fermentirati naslednje ogljikove hidrate, da tvori kislino in plin: glukozo, laktozo, manitol, arabinozo, galaktozo, včasih saharozo in nekatere druge ogljikove hidrate; tvori indol; običajno ne tvori H2S _; reducira nitrate v nitrite, ne utekočinja želatine, ne raste na gojišču za stradanje s citratom, daje pozitivno reakcijo z MR in negativno reakcijo z Voges-Proskauerjem. Po teh znakih jo je mogoče zlahka ločiti od povzročiteljev številnih bolezni (griža, tifus, salmoneloza itd.). Vendar se patogene E. coli zelo pogosto ne razlikujejo od nepatogenih niti po kulturnih niti po biokemijskih lastnostih.

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

Dejavniki patogenosti E. coli

Sposobnost E. coli, da povzroča različne bolezni, je posledica prisotnosti naslednjih dejavnikov patogenosti:

Adhezijski in kolonizacijski faktorji. Potrebni so za pritrditev na tkivne celice in njihovo kolonizacijo. Odkrite so bile tri različice kolonizacijskega faktorja: a) CFA/I-CFA/VI (kolonizacijski faktor) - imajo fimbrijalno strukturo; b) EAF (enteropatogeni adherenjski faktor E. coli) - intimin - protein zunanje membrane, ki ga kodira gen eaeA. Najdemo ga v 4 in EHEC, zaznamo ga po sposobnosti bakterij, da se pritrdijo na celice Hep-2; c) Adhezijski Henle-407 - fimbrijalne strukture, zaznamo ga po sposobnosti bakterij, da se pritrdijo na celice Henle-407. Vse jih kodirajo plazmidni geni. Poleg njih so opisani tudi drugi kolonizacijski faktorji, ki lahko vključujejo tudi bakterijske lipopolisaharide.

Invazijski faktorji. Z njihovo pomočjo na primer EIEC in EHEC prodrejo v črevesne epitelijske celice, se v njih razmnožijo in povzročijo njihovo uničenje. Vlogo invazijskih faktorjev opravljajo beljakovine zunanje membrane.

Eksotoksini. Ugotovljeno je bilo, da patogena E. coli vsebuje eksotoksine, ki poškodujejo membrane (hemolizin), zavirajo sintezo beljakovin (Shiga toksin) in aktivirajo sekundarne prenašalce (komunikacijo) – toksine CNF, ST, CT, CLTD, EAST.

Hemolizine proizvajajo različni patogeni, vključno z E. coli. Hemolizin je toksin, ki tvori pore. Najprej se veže na membrano ciljne celice in nato v njej tvori poro, skozi katero vstopajo in izstopajo majhne molekule in ioni, kar vodi do celične smrti in lize eritrocitov.

Šiga toksin (STX) so najprej odkrili pri bakteriji Shigella dysenteriae, nato pa so podoben toksin (Šiga-podoben toksin) našli tudi pri EHEC. Toksin (N-glikozidaza) blokira sintezo beljakovin z interakcijo z 28S rRNA, kar povzroči celično smrt (citotoksin). Obstajata dve vrsti Šiga-podobnega toksina: STX-1 in STX-2. STX-1 je po svojih antigenih lastnostih skoraj identičen Šiga toksinu, medtem ko se STX-2 od Šiga toksina razlikuje po svojih antigenih lastnostih in ga za razliko od STX-1 ne nevtralizira antiserum proti njemu. Sintezo citotoksinov STX-1 in STX-2 v E. coli nadzorujejo geni zmernih konvertirajočih profagov 9331 (STX-1) in 933W (STX-2).

• Toksin L (toplotno labilen toksin) je ADP-riboziltransferaza; z vezavo na G-protein povzroča drisko.
• ST toksin (termostabilni toksin), ki interagira z receptorjem gvanilat ciklaze, spodbuja njegovo aktivnost in povzroča drisko.
• CNF (citotoksični nekrotični faktor) je deamidazni protein, ki poškoduje tako imenovane RhoG proteine. Ta toksin se nahaja v UPEC, ki povzroča okužbe sečil.
• Toksin CLTD je citoletalni razpadajoči toksin. Mehanizem delovanja ni dobro razumljen.
• Toksin EAST je toplotno stabilen toksin enteroagregativne E. coli (EAEC), verjetno podoben toplotno stabilnemu toksinu (ST).

Endotoksini so lipopolisaharidi. Določajo antigensko specifičnost bakterij (ki jo določa ponavljajoča se stranska veriga sladkorjev) in obliko kolonij (izguba stranskih verig vodi do transformacije S-kolonij v R-kolonije).

Tako dejavnike patogenosti E. coli ne nadzorujejo le kromosomski geni gostiteljske celice, temveč tudi geni, ki jih vnesejo plazmidi ali zmerni konvertirajoči fagi. Vse to kaže na možnost nastanka patogenih variant E. coli kot posledica širjenja plazmidov in zmernih konvertirajočih fagov med njimi. Spodaj je kratek opis 4 kategorij E. coli, ki povzročajo akutne okužbe dihal; informacij o nedavno identificiranih kategorijah DAEC in EAEC v virih, ki so nam na voljo, nismo našli.

ETEC vključuje 17 seroskupin. Adhezijski in kolonizacijski faktorji fimbrijalne strukture tipa CFA ter enterotoksini (LT ali ST ali oba) so kodirani z istim(i) plazmidi. Kolonizirajo resice, ne da bi jih poškodovali. Enterotoksini povzročajo moteno presnovo vode in soli. Lokalizacija procesa je tanko črevo. Infektivni odmerek je 108-1010 celic. Bolezen poteka kot koleri podobna driska. Vrsta epidemij se prenaša z vodo, redkeje s hrano. Prizadeti so otroci, stari od 1 do 3 let, in odrasli.

EIEC vključuje 9 seroskupin, patogenost pa je povezana s sposobnostjo prodiranja v epitelijske celice črevesne sluznice in razmnoževanja v njih, kar povzroči njihovo uničenje. Te lastnosti so poleg kromosomskih genov kodirane tudi s plazmidnimi geni (140 MD). Plazmid kodira sintezo beljakovin zunanje membrane, ki določajo invazijo. Tako plazmid sam kot beljakovine, ki jih kodira, so sorodni beljakovinam povzročiteljev griže, kar pojasnjuje podobnost EIEC s šigello. Infektivni odmerek je 105 celic. Lokalizacija procesa je spodnji ileum in debelo črevo. Bolezen poteka kot griža: sprva vodena driska, nato kolitični sindrom. Zbolevajo otroci, stari 1,5-2 let, mladostniki in odrasli. Vrsta izbruhov - hrana, voda.

Epidemiologija

E. coli je predstavnik normalne mikroflore črevesnega trakta vseh sesalcev, ptic, plazilcev in rib. Zato je bilo za razjasnitev vprašanja, katere različice E. coli in zakaj povzročajo esherihiozo, treba preučiti strukturo antigena, razviti serološko klasifikacijo, potrebno za identifikacijo patogenih serovariant, in ugotoviti, katere dejavnike patogenosti imajo, tj. zakaj so sposobne povzročiti različne oblike esherihioze.

E. coli ima 171 variant O-antigena (01-0171), 57 variant H-antigena (H1-H57) in 90 površinskih (kapsularnih) variant K-antigena. Vendar pa v resnici obstaja 164 skupin O-antigenov in 55 serovariant H-antigena, saj so bile nekatere prejšnje seroskupine 0:H izključene iz vrste E. coli, vendar so vrstne številke O- in H-antigenov ostale nespremenjene. Antigenske značilnosti diareogene E. coli vključujejo številki O- in H-antigena, na primer 055:116; 0157:H7; O-antigen označuje pripadnost določeni seroskupini, H-antigen pa je njena serovarianta. Poleg tega je poglobljena študija O- in H-antigenov razkrila tako imenovane faktorske O- in H-antigene, torej njihove antigenske podvariante, kot so H2a, H2b, H2c ali O20, O20a, O20ab itd. Skupno seznam diareogenih E. coli vključuje 43 O-seroskupin in 57 OH-serovariant. Ta seznam se nenehno dopolnjuje z novimi serovariantami.

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Simptomi

Skupina vključuje 9 seroskupin razreda 1 in štiri seroskupine razreda 2. Seroskupine razreda 1 imajo plazmid (60 MDa), ki nadzoruje sintezo adhezijskega in kolonizacijskega faktorja tipa EAF. Predstavlja ga protein, lokaliziran v zunanji membrani, in ga zaznavamo po sposobnosti bakterij, da se pritrdijo na celice HEp-2. Beljakovina ima molekulsko maso 94 kDa. Seroskupine razreda 2 tega plazmida nimajo; njihova patogenost je posledica nekaterih drugih dejavnikov. Ugotovljeno je bilo, da so nekateri sevi obeh razredov sposobni sintetizirati STX. 4 kolonizirajo plazemsko membrano enterocitov, kar povzroča poškodbe epitelijske površine z nastankom erozij in zmernim vnetjem. Infekcijski odmerek je 105-1012 ^celic. Proces je lokaliziran v tankem črevesu. Za bolezen je značilna vodena driska in huda dehidracija. Večinoma zbolijo otroci v prvem letu življenja. Način okužbe je kontaktno-gospodinjski, redkeje pa s hrano.

Seroskupini EIEC in 4 sta najpogostejša vzroka za nozokomialne izbruhe.

EHEC proizvajajo citotoksine STX-1 in STX-2. Pri ljudeh povzročajo hemoragični kolitis s hudimi zapleti, kot sta hemolitična uremija in trombotična trombocitopenična purpura. Toksini uničujejo endotelijske celice majhnih krvnih žil. Nastanek krvnih strdkov in odlaganje fibrina vodita do motenega pretoka krvi, krvavitve, ishemije in nekroze v celični steni. Uremični hemolitični sindrom je lahko usoden. EHEC predstavlja veliko serotipov (-150), vendar imata glavno epidemiološko vlogo E. coli 0157-H7 in njen flagelatni mutant E. coli 0157:NM, saj le onadva proizvajata STX. Ti sevi bakterij lahko izločajo le enega od citotoksinov ali oba hkrati. Domneva se, da sta naravni rezervoar serovarjev EHEC, vključno z E. coli 0157:H7, govedo in ovce. Najpogostejša pot okužbe je hrana (meso, zlasti mleto meso; mleko). E. coli 0157:H7 je nenavadno odporna na neugodne dejavnike. To prispeva k njegovemu preživetju in razmnoževanju v različnih izdelkih. Okužba je možna s stikom z gospodinjskimi predmeti. Začetek bolezni je akuten: pojavijo se črevesni krči, nato driska, sprva vodena, nato krvava. Zbolijo otroci in odrasli. Bolna oseba je nalezljiva.

Laboratorijska diagnostika

Temelji na izolaciji čiste kulture patogena in njeni identifikaciji ter na testiranju toksinov s PCR. Povzročitelja ešerihioze identificiramo z uporabo niza polivalentnih OK-serumov in niza adsorbiranih serumov, ki vsebujejo protitelesa le proti določenim antigenom. Za identifikacijo EIEC se lahko uporabi keratokonjunktivalni test. Nekateri predstavniki EIEC so negibni in ne fermentirajo laktoze in salicina. Identifikacijo E. coli 0157:H7 olajša njena nezmožnost fermentacije sorbitola (namesto laktoze se uporablja Endo medij s sorbitolom). Vendar je za identifikacijo in diferenciacijo patogenov OKZ (vse kategorije) najbolje uporabiti PCR testne sisteme. Po potrebi se določi občutljivost izoliranih patogenov na antibiotike.

Zdravljenje E. coli

Uporabljajo se različni antibiotiki. Za obnovitev motene presnove vode in soli se uporabljajo peroralne fiziološke raztopine. Proizvajajo se v celofanskih vrečkah v obliki praškov, ki vsebujejo NaCl - 3,5 g; NaHC03 - 2,5 g; KCl - 1,5 g in glukozo - 20,0 g ter se raztopijo v 1 litru vode.