Escherichioses (γένος Escherichia, E. coli)

Ο κύριος εκπρόσωπος του γένους Escherichia - E. coli - ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1885 από τον T. Escherich, από τον οποίο πήρε το όνομά του αυτό το γένος βακτηρίων. Βασικά χαρακτηριστικά αυτού του γένους: περιτριχώδη (ή μη κινητικά), ζυμώνουν λακτόζη με σχηματισμό οξέος και αερίου (ή αρνητικά στη λακτόζη), δεν αναπτύσσονται σε μέσο πείνας με κιτρικό, η αντίδραση Voges-Proskauer είναι αρνητική, η δοκιμή MR είναι θετική, δεν έχουν φαινυλαλανινική δεαμινάση, δεν αναπτύσσονται σε μέσο με KCN, η περιεκτικότητα σε G + C στο DNA είναι 50-51 mol%.

Το γένος Escherichia περιλαμβάνει τουλάχιστον 7 είδη. Ιδιαίτερη σημασία στην ιατρική έχει το είδος E. coli, και ιδιαίτερα εκείνες οι παραλλαγές που προκαλούν ανθρώπινες ασθένειες. Διαιρούνται σε 2 κύριες ομάδες: εκείνες που προκαλούν εξωεντερικές ασθένειες και εκείνες που προκαλούν οξείες εντερικές παθήσεις (AID). Οι εκπρόσωποι της πρώτης διαιρούνται σε τρεις παθολογικές ομάδες:

1. μηνιγγίτιδα (MENEC - μηνιγγίτιδα E. coli)
2. σηψαιμία (SEPEC - σηψαιμία E. coli) και
3. ουροπαθογόνο (UPEC - ουροπαθογόνο E. coli).

Με τη σειρά τους, οι παραλλαγές του E. coli που προκαλούν οξείες αναπνευστικές λοιμώξεις χωρίστηκαν αρχικά στις ακόλουθες 4 κατηγορίες: εντεροτοξινογόνο E. coli (ETEC), εντεροδιηθητικό E. coli (EIEC), εντεροπαθογόνο E. coli (EPEC) και εντεροαιμορραγικό E. coli (EHEC). Στη συνέχεια, προσδιορίστηκαν δύο ακόμη κατηγορίες: εντεροσυσσωρευτικό E. coli (EAEC) και διάχυτα συσσωρευτικό E. coli (DAEC).

Επιπλέον, το E. coli χρησιμοποιείται στα διεθνή πρότυπα ως δείκτης του βαθμού κοπρανώδους μόλυνσης του νερού, ιδίως του πόσιμου νερού, και των τροφίμων.

Το τυπικό στέλεχος του E. coli (E. coli K-12) χρησιμοποιείται ευρέως σε εργαστήρια σε πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο για τη μελέτη της γενετικής των βακτηρίων.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Μορφολογία

Το E. coli είναι ένα προαιρετικά αναερόβιο βακτήριο, αναπτύσσεται καλά σε συμβατικά θρεπτικά μέσα - οι αποικίες σε άγαρ είναι στρογγυλές, κυρτές, ημιδιαφανείς. Η ανάπτυξη σε ζωμό γίνεται με τη μορφή διάχυτης θολερότητας. Η βέλτιστη θερμοκρασία για ανάπτυξη είναι 37 °C, αναπτύσσεται στην περιοχή από 10 έως 45 °C, το βέλτιστο pH είναι 7,2-7,5. Σε όλα τα διαφορικά διαγνωστικά μέσα, οι αποικίες του E. coli που αποσυνθέτει λακτόζη χρωματίζονται στο χρώμα του δείκτη (σε μέσο Endo - σκούρο πορφυρό με μεταλλική λάμψη).

Βιοχημικές ιδιότητες

Στις περισσότερες περιπτώσεις, το E. coli είναι ικανό να ζυμώνει τους ακόλουθους υδατάνθρακες για να σχηματίσει οξύ και αέριο: γλυκόζη, λακτόζη, μαννιτόλη, αραβινόζη, γαλακτόζη, μερικές φορές σακχαρόζη και ορισμένους άλλους υδατάνθρακες. Σχηματίζει ινδόλη. Συνήθως δεν σχηματίζει H2S _. Ανάγει τα νιτρικά σε νιτρώδη, δεν υγροποιεί τη ζελατίνη, δεν αναπτύσσεται σε μέσο πείνας με κιτρικό, δίνει θετική αντίδραση με MR και αρνητική αντίδραση με Voges-Proskauer. Με αυτά τα σημάδια, μπορεί εύκολα να διακριθεί από παθογόνα μιας σειράς ασθενειών (δυσεντερία, τυφοειδής πυρετός, σαλμονέλωση κ.λπ.). Ωστόσο, το παθογόνο E. coli πολύ συχνά δεν διαφέρει από τα μη παθογόνα ούτε από πολιτισμικές ούτε από βιοχημικές ιδιότητες.

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

Παράγοντες παθογένεσης του E. coli

Η ικανότητα του E. coli να προκαλεί διάφορες ασθένειες οφείλεται στην παρουσία των ακόλουθων παραγόντων παθογένειας:

Παράγοντες προσκόλλησης και αποικισμού. Είναι απαραίτητοι για την προσκόλληση σε κύτταρα ιστών και τον αποικισμό τους. Έχουν ανακαλυφθεί τρεις παραλλαγές του παράγοντα αποικισμού: α) CFA/I-CFA/VI (παράγοντας αποικισμού) - έχουν κροσσωτή δομή· β) EAF (εντεροπαθογόνος παράγοντας προσκόλλησης E. coli) - ιντιμίνη - μια πρωτεΐνη της εξωτερικής μεμβράνης, που κωδικοποιείται από το γονίδιο eaeA. Βρίσκεται στα 4 και EHEC, ανιχνεύεται από την ικανότητα των βακτηρίων να προσκολλώνται σε κύτταρα Hep-2· γ) Προσκόλληση Henle-407 - κροσσωτές δομές, που ανιχνεύονται από την ικανότητα των βακτηρίων να προσκολλώνται σε κύτταρα Henle-407. Όλα αυτά κωδικοποιούνται από γονίδια πλασμιδίου. Εκτός από αυτούς, έχουν περιγραφεί και άλλοι παράγοντες αποικισμού, οι οποίοι μπορούν επίσης να περιλαμβάνουν βακτηριακούς λιποπολυσακχαρίτες.

Παράγοντες εισβολής. Με τη βοήθειά τους, οι EIEC και EHEC, για παράδειγμα, διεισδύουν στα εντερικά επιθηλιακά κύτταρα, πολλαπλασιάζονται σε αυτά και προκαλούν την καταστροφή τους. Ο ρόλος των παραγόντων εισβολής εκτελείται από πρωτεΐνες της εξωτερικής μεμβράνης.

Εξωτοξίνες. Έχει βρεθεί ότι τα παθογόνα E. coli περιέχουν εξωτοξίνες που βλάπτουν τις μεμβράνες (αιμολυσίνη), αναστέλλουν τη σύνθεση πρωτεϊνών (τοξίνη Shiga) και ενεργοποιούν δευτερογενείς αγγελιοφόρους (επικοινωνία αγγελιοφόρου) - τοξίνες CNF, ST, CT, CLTD, EAST.

Οι αιμολυσίνες παράγονται από διάφορα παθογόνα, συμπεριλαμβανομένου του E. coli. Η αιμολυσίνη είναι μια τοξίνη που σχηματίζει πόρους. Αρχικά συνδέεται με την κυτταρική μεμβράνη-στόχο και στη συνέχεια σχηματίζει έναν πόρο σε αυτήν, μέσω του οποίου εισέρχονται και εξέρχονται μικρά μόρια και ιόντα, οδηγώντας σε κυτταρικό θάνατο και λύση ερυθροκυττάρων.

Η τοξίνη Shiga (STX) ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στο Shigella dysenteriae και στη συνέχεια μια παρόμοια τοξίνη (τοξίνη τύπου Shiga) βρέθηκε στο EHEC. Η τοξίνη (Ν-γλυκοσιδάση) μπλοκάρει τη σύνθεση πρωτεϊνών αλληλεπιδρώντας με το 28S rRNA, με αποτέλεσμα τον κυτταρικό θάνατο (κυτοτοξίνη). Υπάρχουν δύο τύποι τοξίνης τύπου Shiga: STX-1 και STX-2. Η STX-1 είναι σχεδόν πανομοιότυπη με την τοξίνη Shiga στις αντιγονικές της ιδιότητες, ενώ η STX-2 διαφέρει από την τοξίνη Shiga στις αντιγονικές της ιδιότητες και, σε αντίθεση με την STX-1, δεν εξουδετερώνεται από αντιορό σε αυτήν. Η σύνθεση των κυτταροτοξινών STX-1 και STX-2 ελέγχεται στο E. coli από τα γονίδια των μέτριας μετατροπής προφάγων 9331 (STX-1) και 933W (STX-2).

• Η τοξίνη L (θερμοευαίσθητη τοξίνη) είναι μια ADP-ριβοζυλτρανσφεράση· δεσμεύοντας την σε μια πρωτεΐνη G, προκαλεί διάρροια.
• Η ST τοξίνη (θερμοσταθερή τοξίνη), αλληλεπιδρώντας με τον υποδοχέα της γουανυλικής κυκλάσης, διεγείρει τη δράση του και προκαλεί διάρροια.
• Ο CNF (κυτταροτοξικός νεκρωτικός παράγοντας) είναι μια πρωτεΐνη δεαμιδάσης που βλάπτει τις λεγόμενες πρωτεΐνες RhoG. Αυτή η τοξίνη βρίσκεται στο UPEC, το οποίο προκαλεί λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος.
• Η τοξίνη CLTD είναι μια κυτταροθανατώδης αποσυντιθέμενη τοξίνη. Ο μηχανισμός δράσης της δεν είναι επαρκώς κατανοητός.
• Η τοξίνη EAST είναι μια θερμοσταθερή τοξίνη του εντεροσυσσωματικού E. coli (EAEC), πιθανώς παρόμοια με την θερμοσταθερή τοξίνη (ST).

Οι ενδοτοξίνες είναι λιποπολυσακχαρίτες. Καθορίζουν την αντιγονική εξειδίκευση των βακτηρίων (η οποία καθορίζεται από την επαναλαμβανόμενη πλευρική αλυσίδα των σακχάρων) και το σχήμα των αποικιών (η απώλεια πλευρικών αλυσίδων οδηγεί στον μετασχηματισμό των S-αποικιών σε R-αποικίες).

Έτσι, οι παράγοντες παθογένειας του E. coli ελέγχονται όχι μόνο από τα χρωμοσωμικά γονίδια του κυττάρου ξενιστή, αλλά και από γονίδια που εισάγονται από πλασμίδια ή εύκρατους μετατρεπτικούς φάγους. Όλα αυτά υποδηλώνουν την πιθανότητα εμφάνισης παθογόνων παραλλαγών του E. coli ως αποτέλεσμα της εξάπλωσης πλασμιδίων και εύκρατων φάγων μεταξύ τους. Παρακάτω παρατίθεται μια σύντομη περιγραφή 4 κατηγοριών E. coli που προκαλούν οξείες αναπνευστικές λοιμώξεις. Πληροφορίες για τις πρόσφατα αναγνωρισμένες κατηγορίες DAEC και EAEC δεν βρέθηκαν στις πηγές που είναι διαθέσιμες σε εμάς.

Το ETEC περιλαμβάνει 17 οροομάδες. Οι παράγοντες προσκόλλησης και αποικισμού της ινιδιακής δομής του τύπου CFA και οι εντεροτοξίνες (LT ή ST, ή και τα δύο) κωδικοποιούνται από το/τα ίδιο/α πλασμίδιο/α. Αποικίζουν τις λάχνες χωρίς να τις βλάπτουν. Οι εντεροτοξίνες προκαλούν διαταραχή του μεταβολισμού νερού-αλατιού. Ο εντοπισμός της διαδικασίας είναι το λεπτό έντερο. Η μολυσματική δόση είναι 108-1010 κύτταρα. Η ασθένεια προχωρά ως διάρροια τύπου χολέρας. Ο τύπος επιδημίας είναι υδατογενής, λιγότερο συχνά τροφιμογενής. Προσβάλλονται παιδιά ηλικίας 1 έως 3 ετών και ενήλικες.

Η EIEC περιλαμβάνει 9 οροομάδες, η παθογένεια σχετίζεται με την ικανότητα να διεισδύει στα επιθηλιακά κύτταρα του εντερικού βλεννογόνου και να πολλαπλασιάζεται στο εσωτερικό τους, προκαλώντας την καταστροφή τους. Αυτές οι ιδιότητες κωδικοποιούνται, εκτός από τα χρωμοσωμικά γονίδια, από γονίδια πλασμιδίου (140 MD). Το πλασμίδιο κωδικοποιεί τη σύνθεση πρωτεϊνών της εξωτερικής μεμβράνης, οι οποίες καθορίζουν την εισβολή. Τόσο το ίδιο το πλασμίδιο όσο και οι πρωτεΐνες που κωδικοποιεί σχετίζονται με εκείνες των παθογόνων της δυσεντερίας, γεγονός που εξηγεί την ομοιότητα της EIEC με τη σιγκέλλα. Η μολυσματική δόση είναι κύτταρα 10s. Η εντόπιση της διαδικασίας είναι ο κάτω ειλεός και το παχύ έντερο. Η ασθένεια προχωρά ως δυσεντερία: αρχικά υδαρής διάρροια, στη συνέχεια κολιτικό σύνδρομο. Παιδιά ηλικίας 1,5-2 ετών, έφηβοι και ενήλικες νοσούν. Είδος εστιών - τροφή, νερό.

Επιδημιολογία

Το E. coli είναι ένας εκπρόσωπος της φυσιολογικής μικροχλωρίδας του εντερικού σωλήνα όλων των θηλαστικών, πτηνών, ερπετών και ψαριών. Επομένως, για να διευκρινιστεί το ερώτημα ποιες παραλλαγές του E. coli και γιατί προκαλούν εσεριχίωση, ήταν απαραίτητο να μελετηθεί η δομή του αντιγόνου, να αναπτυχθεί μια ορολογική ταξινόμηση απαραίτητη για την αναγνώριση παθογόνων οροπαραλλαγών και να διαπιστωθεί ποιοι παράγοντες παθογένειας διαθέτουν, δηλαδή γιατί είναι ικανές να προκαλέσουν διάφορες μορφές εσεριχίωσης.

Το E. coli έχει 171 παραλλαγές Ο-αντιγόνου (01-0171), 57 παραλλαγές Η-αντιγόνου (H1-H57) και 90 επιφανειακές (κάψουλες) παραλλαγές Κ-αντιγόνου. Ωστόσο, στην πραγματικότητα υπάρχουν 164 ομάδες Ο-αντιγόνου και 55 οροπαραλλαγές Η-αντιγόνου, καθώς ορισμένες από τις προηγούμενες οροομάδες 0:H αποκλείστηκαν από το είδος E. coli, αλλά οι τακτικοί αριθμοί των Ο- και Η-αντιγόνων παρέμειναν αμετάβλητοι. Τα αντιγονικά χαρακτηριστικά του διαρροϊκού E. coli περιλαμβάνουν τους αριθμούς Ο-αντιγόνου και Η-αντιγόνου, για παράδειγμα, 055:116; 0157:H7; Το Ο-αντιγόνο υποδεικνύει ότι ανήκει σε μια συγκεκριμένη οροομάδα και το Η-αντιγόνο είναι η οροπαραλλαγή της. Επιπλέον, μια πιο εις βάθος μελέτη των Ο- και Η-αντιγόνων αποκάλυψε τα λεγόμενα αντιγόνα παράγοντα Ο- και Η, δηλαδή τις αντιγονικές υποπαραλλαγές τους, όπως H2a, H2b, H2c ή O20, O20a, O20ab, κ.λπ. Συνολικά, ο κατάλογος των διαρροϊκών E. coli περιλαμβάνει 43 Ο-οροομάδες και 57 ΟΗ-οροπαραλλαγές. Αυτός ο κατάλογος συμπληρώνεται συνεχώς με νέες οροπαραλλαγές.

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Συμπτώματα

Η ομάδα περιλαμβάνει 9 οροομάδες κατηγορίας 1 και τέσσερις οροομάδες κατηγορίας 2. Οι οροομάδες κατηγορίας 1 έχουν ένα πλασμίδιο (60 MDa) που ελέγχει τη σύνθεση του παράγοντα προσκόλλησης και αποικισμού του τύπου EAF. Αντιπροσωπεύεται από μια πρωτεΐνη που εντοπίζεται στην εξωτερική μεμβράνη και ανιχνεύεται από την ικανότητα των βακτηρίων να προσκολλώνται σε κύτταρα HEp-2. Η πρωτεΐνη έχει μοριακό βάρος 94 kDa. Οι οροομάδες κατηγορίας 2 δεν έχουν αυτό το πλασμίδιο. Η παθογένειά τους οφείλεται σε ορισμένους άλλους παράγοντες. Ορισμένα στελέχη και των δύο κατηγοριών έχουν βρεθεί ότι είναι ικανά να συνθέσουν STX. 4 αποικίζουν την πλασματική μεμβράνη των εντεροκυττάρων, προκαλώντας βλάβη στην επιθηλιακή επιφάνεια με σχηματισμό διαβρώσεων και μέτρια φλεγμονή. Η μολυσματική δόση είναι 105-10 ¹² κύτταρα. Η διαδικασία εντοπίζεται στο λεπτό έντερο. Η ασθένεια χαρακτηρίζεται από υδαρή διάρροια και σοβαρή αφυδάτωση. Κυρίως τα παιδιά του πρώτου έτους της ζωής είναι άρρωστα. Η μέθοδος μόλυνσης είναι η επαφή-οικιακή, λιγότερο συχνά τροφιμογενής.

Οι οροομάδες EIEC και 4 είναι οι πιο συχνές αιτίες νοσοκομειακών επιδημιών.

Τα EHEC παράγουν κυτοτοξίνες STX-1 και STX-2. Προκαλούν αιμορραγική κολίτιδα στους ανθρώπους με σοβαρές επιπλοκές όπως αιμολυτική ουραιμία και θρομβωτική θρομβοπενική πορφύρα. Οι τοξίνες καταστρέφουν τα ενδοθηλιακά κύτταρα των μικρών αιμοφόρων αγγείων. Ο σχηματισμός θρόμβων αίματος και η εναπόθεση ινώδους οδηγούν σε διαταραχή της ροής του αίματος, αιμορραγία, ισχαιμία και νέκρωση στο κυτταρικό τοίχωμα. Το ουραιμικό αιμολυτικό σύνδρομο μπορεί να είναι θανατηφόρο. Τα EHEC αντιπροσωπεύονται από πολλούς ορότυπους (-150), αλλά τον κύριο επιδημιολογικό ρόλο παίζει το E. coli 0157-H7 και το μαστιγωτό μεταλλαγμένο E. coli 0157:NM, καθώς μόνο αυτά παράγουν STX. Αυτά τα στελέχη βακτηρίων μπορούν να εκκρίνουν μόνο μία από τις κυτοτοξίνες ή και τις δύο ταυτόχρονα. Πιστεύεται ότι η φυσική δεξαμενή των οροτύπων EHEC, συμπεριλαμβανομένου του E. coli 0157:H7, είναι τα βοοειδή και τα πρόβατα. Η πιο κοινή οδός μόλυνσης είναι η τροφή (κρέας, ειδικά κιμάς· γάλα). Το E. coli 0157:H7 είναι ασυνήθιστα ανθεκτικό σε δυσμενείς παράγοντες. Αυτό συμβάλλει στην επιβίωση και την αναπαραγωγή του σε διάφορα προϊόντα. Η μόλυνση είναι δυνατή μέσω επαφής με οικιακά αντικείμενα. Η έναρξη της νόσου είναι οξεία: εμφανίζονται εντερικοί σπασμοί, στη συνέχεια διάρροια, αρχικά υδαρής και στη συνέχεια αιματηρή. Παιδιά και ενήλικες αρρωσταίνουν. Ένα άρρωστο άτομο είναι μεταδοτικό.

Εργαστηριακή διαγνωστική

Βασίζεται στην απομόνωση μιας καθαρής καλλιέργειας του παθογόνου και στην ταυτοποίησή του, καθώς και στον έλεγχο τοξινών χρησιμοποιώντας PCR. Ο αιτιολογικός παράγοντας της εσεριχίωσης ταυτοποιείται χρησιμοποιώντας ένα σύνολο πολυδύναμων OK-ορών και ένα σύνολο προσροφημένων ορών που περιέχουν αντισώματα μόνο σε ορισμένα αντιγόνα. Μια κερατοεπιπεφυκοτική δοκιμή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ταυτοποίηση της EIEC. Ορισμένοι εκπρόσωποι της EIEC είναι ακίνητοι και δεν ζυμώνουν λακτόζη και σαλικίνη. Η ταυτοποίηση του E. coli 0157:H7 διευκολύνεται από την αδυναμία του να ζυμώσει σορβιτόλη (Χρησιμοποιείται ενδογενές μέσο με σορβιτόλη αντί για λακτόζη). Αλλά είναι καλύτερο να χρησιμοποιούνται συστήματα δοκιμών PCR για την ταυτοποίηση και τη διαφοροποίηση των παθογόνων OKZ (όλες οι κατηγορίες). Εάν είναι απαραίτητο, προσδιορίζεται η ευαισθησία των απομονωμένων παθογόνων στα αντιβιοτικά.

Θεραπεία του E. coli

Χρησιμοποιούνται διάφορα αντιβιοτικά. Για την αποκατάσταση του διαταραγμένου μεταβολισμού νερού-αλατιού χρησιμοποιούνται στοματικά αλατούχα διαλύματα. Παράγονται σε σακούλες σελοφάν με τη μορφή σκόνης που περιέχει NaCl - 3,5 g, NaHC03 - 2,5 g, KCl - 1,5 g και γλυκόζη - 20,0 g και διαλύονται σε 1 λίτρο νερού.