Escherichiosis (rod Escherichia, E. coli)

Glavnog predstavnika roda Escherichia - E. coli - prvi put je 1885. godine otkrio T. Escherich, po kojem je ovaj rod bakterija i dobio ime. Ključne značajke ovog roda: peritrične (ili nepokretne), fermentiraju laktozu uz stvaranje kiseline i plina (ili su laktoza negativne), ne rastu na mediju za gladovanje s citratom, Voges-Proskauerova reakcija je negativna, MR test je pozitivan, nemaju fenilalanin deaminazu, ne rastu na mediju s KCN, sadržaj G + C u DNA je 50-51 mol%.

Rod Escherichia obuhvaća najmanje 7 vrsta; od posebne važnosti u medicini je vrsta E. coli, posebno one varijante koje uzrokuju ljudske bolesti. Podijeljene su u 2 glavne skupine: one koje uzrokuju ekstraintestinalne bolesti i one koje uzrokuju akutne crijevne bolesti (AID). Predstavnici prve podijeljeni su u tri patološke skupine:

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

S druge strane, varijante E. coli koje uzrokuju akutne respiratorne infekcije u početku su podijeljene u sljedeće 4 kategorije: enterotoksigena E. coli (ETEC); enteroinvazivna E. coli (EIEC); enteropatogena E. coli (EPEC) i enterohemoragična E. coli (EHEC). Naknadno su identificirane još dvije kategorije: enteroagregativna E. coli (EAEC) i difuzno agregativna E. coli (DAEC).

Osim toga, E. coli se u međunarodnim standardima koristi kao pokazatelj stupnja fekalne kontaminacije vode, posebno vode za piće, i prehrambenih proizvoda.

Standardni soj E. coli (E. coli K-12) se široko koristi u laboratorijima u mnogim zemljama svijeta za proučavanje genetike bakterija.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Morfologija

E. coli je fakultativni anaerob, dobro raste na konvencionalnim hranjivim podlogama - kolonije na agaru su okrugle, konveksne, prozirne. Rast na juhi je u obliku difuzne zamućenosti. Temperaturni optimum za rast je 37 °C, raste u rasponu od 10 do 45 °C, optimalni pH je 7,2-7,5. Na svim diferencijalno-dijagnostičkim podlogama, kolonije E. coli koje razgrađuju laktozu obojene su u boju indikatora (na Endo podlozi - tamno grimizna s metalnim sjajem).

Biokemijska svojstva

U većini slučajeva, E. coli je sposobna fermentirati sljedeće ugljikohidrate stvarajući kiselinu i plin: glukozu, laktozu, manitol, arabinozu, galaktozu, ponekad saharozu i neke druge ugljikohidrate; stvara indol; obično ne stvara H2S _; reducira nitrate u nitrite, ne ukapljuje želatinu, ne raste na hranjivom mediju s citratom, daje pozitivnu reakciju s MR i negativnu reakciju s Voges-Proskauerom. Po tim znakovima lako se razlikuje od uzročnika niza bolesti (dizenterija, tifus, salmoneloza itd.). Međutim, patogene E. coli se vrlo često ne razlikuju od nepatogenih ni kulturnim ni biokemijskim svojstvima.

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

Čimbenici patogenosti E. coli

Sposobnost E. coli da uzrokuje razne bolesti posljedica je prisutnosti sljedećih patogenih čimbenika:

Adhezijski i kolonizacijski faktori. Neophodni su za pričvršćivanje na stanice tkiva i njihovu kolonizaciju. Otkrivene su tri varijante kolonizacijskog faktora: a) CFA/I-CFA/VI (kolonizacijski faktor) - imaju fimbrijsku strukturu; b) EAF (enteropatogeni faktor prianjanja E. coli) - intimin - protein vanjske membrane, kodiran genom eaeA. Nalazi se u 4 i EHEC, detektira se sposobnošću bakterija da se pričvrste na Hep-2 stanice; c) Adhezijski Henle-407 - fimbrijalne strukture, detektiraju se sposobnošću bakterija da se pričvrste na Henle-407 stanice. Sve su kodirane plazmidnim genima. Osim njih, opisani su i drugi kolonizacijski faktori, koji mogu uključivati i bakterijske lipopolisaharide.

Invazijski faktori. Uz njihovu pomoć, EIEC i EHEC, na primjer, prodiru u stanice crijevnog epitela, množe se u njima i uzrokuju njihovo uništenje. Ulogu invazijskih faktora obavljaju proteini vanjske membrane.

Egzotoksini. Utvrđeno je da patogena E. coli sadrži egzotoksine koji oštećuju membrane (hemolizin), inhibiraju sintezu proteina (Shiga toksin) i aktiviraju sekundarne glasnike (komunikaciju glasnika) - toksine CNF, ST, CT, CLTD, EAST.

Hemolizine proizvode različiti patogeni, uključujući E. coli. Hemolizin je toksin koji stvara pore. Prvo se veže za membranu ciljne stanice, a zatim u njoj stvara poru kroz koju ulaze i izlaze male molekule i ioni, što dovodi do stanične smrti i lize eritrocita.

Shiga toksin (STX) prvi je put otkriven u Shigella dysenteriae, a zatim je sličan toksin (Shiga-sličan toksin) pronađen u EHEC-u. Toksin (N-glikozidaza) blokira sintezu proteina interakcijom s 28S rRNA, što rezultira staničnom smrću (citotoksin). Postoje dvije vrste Shiga-sličnog toksina: STX-1 i STX-2. STX-1 je gotovo identičan Shiga toksinu po svojim antigenim svojstvima, dok se STX-2 razlikuje od Shiga toksina po svojim antigenim svojstvima i, za razliku od STX-1, ne neutralizira ga antiserum na njega. Sinteza citotoksina STX-1 i STX-2 kontrolirana je u E. coli genima umjereno konvertirajućih profaga 9331 (STX-1) i 933W (STX-2).

• Toksin L (termički labilni toksin) je ADP-riboziltransferaza; vezanjem na G protein uzrokuje proljev.
• ST toksin (termostabilni toksin), interagirajući s receptorom gvanilat ciklaze, stimulira njegovu aktivnost i uzrokuje proljev.
• CNF (citotoksični nekrotični faktor) je protein deamidaze koji oštećuje takozvane RhoG proteine. Ovaj toksin se nalazi u UPEC-u, koji uzrokuje infekcije mokraćnog sustava.
• CLTD toksin je citoletalni raspadajući toksin. Mehanizam djelovanja nije dobro razjašnjen.
• EAST toksin je termostabilni toksin enteroagregativne E. coli (EAEC), vjerojatno sličan termostabilnom toksinu (ST).

Endotoksini su lipopolisaharidi. Oni određuju antigensku specifičnost bakterija (koja je određena ponavljajućim bočnim lancem šećera) i oblik kolonija (gubitak bočnih lanaca dovodi do transformacije S-kolonija u R-kolonije).

Dakle, faktore patogenosti E. coli ne kontroliraju samo kromosomski geni stanice domaćina, već i geni koje unesu plazmidi ili umjereni konvertirajući fagi. Sve to ukazuje na mogućnost pojave patogenih varijanti E. coli kao rezultat širenja plazmida i umjerenih faga među njima. U nastavku slijedi kratak opis 4 kategorije E. coli koje uzrokuju akutne respiratorne infekcije; informacije o nedavno identificiranim kategorijama DAEC i EAEC nisu pronađene u nama dostupnim izvorima.

ETEC uključuje 17 seroskupina. Faktori adhezije i kolonizacije fimbrijalne strukture CFA tipa i enterotoksini (LT ili ST, ili oba) kodirani su istim plazmidom (plazmidima). Koloniziraju resice bez njihovog oštećenja. Enterotoksini uzrokuju kršenje metabolizma vode i soli. Lokalizacija procesa je tanko crijevo. Infektivna doza je 108-1010 stanica. Bolest se odvija kao proljev sličan koleri. Vrsta epidemija je putem vode, rjeđe putem hrane. Zahvaćena su djeca u dobi od 1 do 3 godine i odrasli.

EIEC uključuje 9 seroskupina, patogenost je povezana sa sposobnošću prodiranja u epitelne stanice crijevne sluznice i razmnožavanja unutar njih, uzrokujući njihovo uništenje. Ta svojstva su kodirana, osim kromosomskih gena, plazmidnim genima (140 MD). Plazmid kodira sintezu proteina vanjske membrane, koji određuju invaziju. I sam plazmid i proteini koje kodira srodni su onima uzročnika dizenterije, što objašnjava sličnost EIEC-a sa šigelom. Infektivna doza je 10s stanica. Lokalizacija procesa je donji ileum i debelo crijevo. Bolest se odvija kao dizenterija: u početku vodenasti proljev, zatim kolitični sindrom. Oboljevaju djeca u dobi od 1,5-2 godine, adolescenti i odrasli. Vrsta izbijanja - hrana, voda.

Epidemiologija

E. coli je predstavnik normalne mikroflore crijevnog trakta svih sisavaca, ptica, gmazova i riba. Stoga, kako bi se razjasnilo pitanje koje varijante E. coli i zašto uzrokuju ešerihiozu, bilo je potrebno proučiti antigensku strukturu, razviti serološku klasifikaciju potrebnu za identifikaciju patogenih serovarijanti i otkriti koje faktore patogenosti posjeduju, tj. zašto su sposobne uzrokovati različite oblike ešerihioze.

E. coli ima 171 O-antigensku varijantu (01-0171), 57 H-antigenskih varijanti (H1-H57) i 90 površinskih (kapsularnih) K-antigenskih varijanti. Međutim, u stvarnosti postoje 164 O-antigenske skupine i 55 H-antigenskih serovarijanti, budući da su neke od prethodnih 0:H seroskupina isključene iz vrste E. coli, ali redni brojevi O- i H-antigena ostali su nepromijenjeni. Antigenske karakteristike dijareogene E. coli uključuju O- i H-antigenske brojeve, na primjer, 055:116; 0157:H7; O-antigen označava pripadnost određenoj serogrupi, a H-antigen je njezina serovarijanta. Osim toga, dublja studija O- i H-antigena otkrila je takozvane faktorske O- i H-antigene, tj. njihove antigenske podvarijante, poput H2a, H2b, H2c ili O20, O20a, O20ab itd. Ukupno, popis dijareogenih E. coli uključuje 43 O-serogrupe i 57 OH-serovarijanti. Ovaj popis se stalno nadopunjuje novim serovarijantama.

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Simptomi

Skupina uključuje 9 seroskupina klase 1 i četiri seroskupine klase 2. Serogrupe klase 1 imaju plazmid (60 MDa) koji kontrolira sintezu faktora adhezije i kolonizacije tipa EAF. Predstavljen je proteinom lokaliziranim u vanjskoj membrani i detektira se sposobnošću bakterija da se vežu za HEp-2 stanice. Protein ima mw od 94 kDa. Serogrupe klase 2 nemaju ovaj plazmid; njihova patogenost je posljedica nekih drugih čimbenika. Utvrđeno je da neki sojevi obje klase mogu sintetizirati STX. 4 koloniziraju plazmatsku membranu enterocita, uzrokujući oštećenje epitelne površine s nastankom erozija i umjerene upale. Zarazna doza je 105-10 ¹² stanica. Proces je lokaliziran u tankom crijevu. Bolest karakterizira vodenasti proljev i teška dehidracija. Uglavnom obolijevaju djeca u prvoj godini života. Način infekcije je kontaktno-kućanski, rjeđe alimentarni.

Serogrupe EIEC i 4 su najčešći uzroci nozokomijalnih epidemija.

EHEC-i proizvode citotoksine STX-1 i STX-2. Kod ljudi uzrokuju hemoragični kolitis s teškim komplikacijama poput hemolitičke uremije i trombotičke trombocitopenične purpure. Toksini uništavaju endotelne stanice malih krvnih žila. Stvaranje krvnih ugrušaka i taloženje fibrina dovode do poremećenog protoka krvi, krvarenja, ishemije i nekroze u staničnoj stijenci. Uremijski hemolitički sindrom može biti fatalan. EHEC-i su predstavljeni mnogim serotipovima (-150), ali glavnu epidemiološkom ulogom upravlja E. coli 0157-H7 i njegov flagelatni mutant E. coli 0157:NM, budući da samo oni proizvode STX. Ovi sojevi bakterija mogu lučiti samo jedan od citotoksina ili oba istovremeno. Smatra se da su prirodni rezervoar EHEC serovara, uključujući E. coli 0157:H7, goveda i ovce. Najčešći put infekcije je hrana (meso, posebno mljeveno meso; mlijeko). E. coli 0157:H7 je neobično otporna na nepovoljne čimbenike. To doprinosi njegovom preživljavanju i razmnožavanju u raznim proizvodima. Infekcija je moguća kontaktom s kućanskim predmetima. Početak bolesti je akutan: javljaju se crijevni grčevi, zatim proljev, u početku vodenast, a zatim krvav. Bolesna su djeca i odrasli. Bolesna osoba je zarazna.

Laboratorijska dijagnostika

Temelji se na izolaciji čiste kulture patogena i njegovoj identifikaciji, kao i na testiranju toksina pomoću PCR-a. Uzročnik ešerihioze identificira se pomoću seta polivalentnih OK-seruma i seta adsorbiranih seruma koji sadrže antitijela samo na određene antigene. Za identifikaciju EIEC-a može se koristiti keratokonjunktivalni test. Neki predstavnici EIEC-a su nepokretni i ne fermentiraju laktozu i salicin. Identifikacija E. coli 0157:H7 olakšana je njegovom nemogućnošću fermentacije sorbitola (umjesto laktoze koristi se Endo medij sa sorbitolom). Ali najbolje je koristiti PCR testne sustave za identifikaciju i diferencijaciju OKZ patogena (sve kategorije). Po potrebi se određuje osjetljivost izoliranih patogena na antibiotike.

Liječenje E. coli

Koriste se razni antibiotici. Oralne fiziološke otopine koriste se za obnavljanje poremećenog metabolizma vode i soli. Proizvode se u celofanskim vrećicama u obliku praškova koji sadrže NaCl - 3,5 g; NaHC03 - 2,5 g; KCl - 1,5 g i glukozu - 20,0 g i otopljeni su u 1 litri vode.