Ешерихиози (род Escherichia, E. coli)

Основният представител на рода Escherichia - E. coli - е открит за първи път през 1885 г. от Т. Ешерих, на когото този род бактерии е получил името си. Ключови характеристики на този род: перитрихални (или неподвижни), ферментират лактоза с образуване на киселина и газ (или лактозоотрицателни), не растат на гладуваща среда с цитрат, реакцията на Voges-Proskauer е отрицателна, MR тестът е положителен, нямат фенилаланин деаминаза, не растат на среда с KCN, съдържанието на G + C в ДНК е 50-51 mol%.

Родът Escherichia включва най-малко 7 вида; от особено значение в медицината е видът E. coli, по-специално онези негови варианти, които причиняват човешки заболявания. Те се разделят на 2 основни групи: такива, които причиняват екстраинтестинални заболявания, и такива, които причиняват остри чревни заболявания (ОЧЗ). Представителите на първите се разделят на три патологични групи:

1. менингеален (MENEC - менингит E. coli);
2. септицемия (SEPEC - септицемия E. coli) и
3. уропатогенни (UPEC - уропатогенна E. coli).

На свой ред, вариантите на E. coli, причиняващи остри респираторни инфекции, първоначално бяха разделени на следните 4 категории: ентеротоксигенна E. coli (ETEC); ентероинвазивна E. coli (EIEC); ентеропатогенна E. coli (EPEC) и ентерохеморагична E. coli (EHEC). Впоследствие бяха идентифицирани още две категории: ентероагрегираща E. coli (EAEC) и дифузно агрегираща E. coli (DAEC).

Освен това, E. coli се използва в международните стандарти като индикатор за степента на фекално замърсяване на водата, особено на питейната вода, и на хранителните продукти.

Стандартният щам на E. coli (E. coli K-12) се използва широко в лаборатории в много страни по света за изучаване на генетиката на бактериите.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Морфология

E. coli е факултативен анаероб, расте добре върху конвенционални хранителни среди - колониите върху агар са кръгли, изпъкнали, полупрозрачни. Растежът върху бульон е под формата на дифузна мътност. Температурният оптимум за растеж е 37 °C, расте в диапазона от 10 до 45 °C, оптималното pH е 7,2-7,5. На всички диференциално-диагностични среди колониите от E. coli, разграждащи лактозата, са оцветени в цвета на индикатора (на среда Ендо - тъмночервено с метален блясък).

Биохимични свойства

В повечето случаи E. coli е способна да ферментира следните въглехидрати, за да образува киселина и газ: глюкоза, лактоза, манитол, арабиноза, галактоза, понякога захароза и някои други въглехидрати; образува индол; обикновено не образува H2S _; редуцира нитратите до нитрити, не втечнява желатин, не расте върху гладуваща среда с цитрат, дава положителна реакция с MR и отрицателна реакция с Voges-Proskauer. По тези признаци тя може лесно да се разграничи от патогени на редица заболявания (дизентерия, коремен тиф, салмонелоза и др.). Патогенните E. coli обаче много често не се различават от непатогенните нито по културални, нито по биохимични свойства.

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

Фактори на патогенност на E. coli

Способността на E. coli да причинява различни заболявания се дължи на наличието на следните патогенни фактори:

Фактори на адхезия и колонизация. Те са необходими за прикрепването към тъканните клетки и тяхната колонизация. Открити са три варианта на фактора на колонизация: а) CFA/I-CFA/VI (фактор на колонизация) - имат фимбриална структура; б) EAF (ентеропатогенен фактор на адхезия на E. coli) - интимин - протеин на външната мембрана, кодиран от гена eaeA. Открит в 4 и EHEC, той се открива по способността на бактериите да се прикрепят към Hep-2 клетки; в) Адхезионни Henle-407 - фимбриални структури, откривани по способността на бактериите да се прикрепят към Henle-407 клетки. Всички те са кодирани от плазмидни гени. В допълнение към тях са описани и други фактори на колонизация, които могат да включват и бактериални липополизахариди.

Фактори на инвазия. С тяхна помощ, EIEC и EHEC, например, проникват в чревните епителни клетки, размножават се в тях и причиняват тяхното разрушаване. Ролята на фактори на инвазия се изпълнява от протеините на външната мембрана.

Екзотоксини. Установено е, че патогенните E. coli съдържат екзотоксини, които увреждат мембраните (хемолизин), инхибират синтеза на протеини (Шига токсин) и активират вторични посредници (мессенджер - комуникация) - токсини CNF, ST, CT, CLTD, EAST.

Хемолизините се произвеждат от различни патогени, включително E. coli. Хемолизинът е порообразуващ токсин. Първоначално той се свързва с мембраната на целевата клетка и след това образува пора в нея, през която малки молекули и йони влизат и излизат, което води до клетъчна смърт и лизис на еритроцитите.

Шига токсин (STX) е открит за първи път в Shigella dysenteriae, а след това подобен токсин (Шига-подобен токсин) е открит в EHEC. Токсинът (N-гликозидаза) блокира синтеза на протеини чрез взаимодействие с 28S рРНК, което води до клетъчна смърт (цитотоксин). Съществуват два вида Шига-подобен токсин: STX-1 и STX-2. STX-1 е почти идентичен с Шига токсина по своите антигенни свойства, докато STX-2 се различава от Шига токсина по своите антигенни свойства и, за разлика от STX-1, не се неутрализира от антисерум към него. Синтезът на цитотоксини STX-1 и STX-2 се контролира в E. coli от гените на умерено конвертиращите профаги 9331 (STX-1) и 933W (STX-2).

• Токсин L (термолабилен токсин) е ADP-рибозилтрансфераза; чрез свързване с G протеин, той причинява диария.
• ST токсинът (термостабилен токсин), взаимодействайки с гуанилатциклазния рецептор, стимулира неговата активност и причинява диария.
• CNF (цитотоксични некротични фактори) е деамидазен протеин, който уврежда така наречените RhoG протеини. Този токсин се намира в UPEC, който причинява инфекции на пикочните пътища.
• CLTD токсинът е цитолетален разпадащ се токсин. Механизмът на действие е слабо проучен.
• EAST токсинът е термостабилен токсин на ентероагрегираща E. coli (EAEC), вероятно подобен на термостабилния токсин (ST).

Ендотоксините са липополизахариди. Те определят антигенната специфичност на бактериите (която се определя от повтарящата се странична верига на захарите) и формата на колониите (загубата на странични вериги води до трансформация на S-колонии в R-колонии).

По този начин, факторите на патогенност на E. coli се контролират не само от хромозомните гени на клетката гостоприемник, но и от гени, въведени от плазмиди или умерено конвертиращи фаги. Всичко това показва възможността за поява на патогенни варианти на E. coli в резултат на разпространението на плазмиди и умерени фаги сред тях. По-долу е дадено кратко описание на 4 категории E. coli, причиняващи остри респираторни инфекции; информация за наскоро идентифицираните категории DAEC и EAEC не беше открита в достъпните за нас източници.

ETEC включва 17 серогрупи. Адхезионните и колонизационни фактори на фимбриалната структура от CFA тип и ентеротоксините (LT или ST, или и двата) са кодирани от един и същ(и) плазмид(и). Те колонизират вилите, без да ги увреждат. Ентеротоксините причиняват нарушение на водно-солевия метаболизъм. Локализацията на процеса е тънките черва. Инфекциозната доза е 108-1010 клетки. Заболяването протича като холероподобна диария. Видът на епидемиите е воден, по-рядко хранителен. Засягат се деца на възраст от 1 до 3 години и възрастни.

EIEC включва 9 серогрупи, патогенността е свързана със способността за проникване в епителните клетки на чревната лигавица и размножаване вътре в тях, причинявайки тяхното разрушаване. Тези свойства са кодирани, освен от хромозомни гени, от плазмидни гени (140 MD). Плазмидът кодира синтеза на протеини на външната мембрана, които определят инвазията. Както самият плазмид, така и протеините, които той кодира, са свързани с тези на дизентерийните патогени, което обяснява сходството на EIEC с шигелата. Инфекциозната доза е 10s клетки. Локализация на процеса е долният илеум и дебелото черво. Заболяването протича като дизентерия: първоначално водниста диария, след това колитичен синдром. Боледуват деца на 1,5-2 години, юноши и възрастни. Вид огнища - храна, вода.

Епидемиология

E. coli е представител на нормалната микрофлора на чревния тракт на всички бозайници, птици, влечуги и риби. Следователно, за да се изясни въпросът кои варианти на E. coli и защо причиняват ешерихиоза, беше необходимо да се проучи антигенната структура, да се разработи серологична класификация, необходима за идентифициране на патогенните сероварианти, и да се установи какви фактори на патогенност притежават те, т.е. защо са способни да причиняват различни форми на ешерихиоза.

E. coli има 171 O-антигенни варианта (01-0171), 57 H-антигенни варианта (H1-H57) и 90 повърхностни (капсулни) K-антигенни варианта. В действителност обаче има 164 O-антигенни групи и 55 H-антигенни сероварианта, тъй като някои от предишните 0:H серогрупи са били изключени от вида E. coli, но редните номера на O- и H-антигените са останали непроменени. Антигенните характеристики на диарейно-генните E. coli включват O- и H-антигенните номера, например 055:116; 0157:H7; O-антигенът показва принадлежност към определена серогрупа, а H-антигенът е неговият серовариант. Освен това, по-задълбочено проучване на О- и Н-антигените разкри т. нар. факторни О- и Н-антигени, т.е. техните антигенни подварианти, като H2a, H2b, H2c или O20, O20a, O20ab и др. Общо списъкът с диарейгенни E. coli включва 43 О-серогрупи и 57 ОН-сероварианти. Този списък непрекъснато се допълва с нови сероварианти.

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Симптоми

Групата включва 9 серогрупи от клас 1 и четири серогрупи от клас 2. Серогрупите от клас 1 имат плазмид (60 MDa), който контролира синтеза на адхезионния и колонизационен фактор от типа EAF. Той е представен от протеин, локализиран във външната мембрана, и се открива чрез способността на бактериите да се прикрепят към HEp-2 клетки. Протеинът има mw от 94 kDa. Серогрупите от клас 2 нямат този плазмид; тяхната патогенност се дължи на някои други фактори. Установено е, че някои щамове от двата класа са способни да синтезират STX.4 колонизират плазмената мембрана на ентероцитите, причинявайки увреждане на епителната повърхност с образуване на ерозии и умерено възпаление. Инфекциозната доза е 105-1012 ^клетки. Процесът е локализиран в тънките черва. Заболяването се характеризира с водниста диария и тежка дехидратация. Болеят предимно деца през първата година от живота. Методът на заразяване е контактно-битов, по-рядко хранителен.

Серогрупите EIEC и 4 са най-честите причини за нозокомиални огнища.

EHEC произвеждат цитотоксини STX-1 и STX-2. Те причиняват хеморагичен колит при хора с тежки усложнения като хемолитична уремия и тромботична тромбоцитопенична пурпура. Токсините разрушават ендотелните клетки на малките кръвоносни съдове. Образуването на кръвни съсиреци и отлагането на фибрин водят до нарушен кръвоток, кървене, исхемия и некроза в клетъчната стена. Уремичният хемолитичен синдром може да бъде фатален. EHEC са представени от много серотипове (-150), но основната епидемиологична роля се играе от E. coli 0157-H7 и неговия флагелатен мутант E. coli 0157:NM, тъй като само те произвеждат STX. Тези щамове бактерии могат да секретират само един от цитотоксините или и двата едновременно. Смята се, че естественият резервоар на EHEC сероварите, включително E. coli 0157:H7, са говедата и овцете. Най-честият път на инфекция е храната (месо, особено кайма; мляко). E. coli 0157:H7 е необичайно устойчива на неблагоприятни фактори. Това допринася за оцеляването и размножаването му в различни продукти. Заразяването е възможно чрез контакт с предмети от бита. Началото на заболяването е остро: появяват се чревни спазми, след това диария, първоначално водниста, след това кървава. Болеят деца и възрастни. Болният човек е заразен.

Лабораторна диагностика

Базира се на изолирането на чиста култура на патогена и нейната идентификация, както и на изследване на токсини чрез PCR. Причинителят на ешерихиозата се идентифицира с помощта на набор от поливалентни OK-серуми и набор от адсорбирани серуми, съдържащи антитела само към определени антигени. За идентифициране на EIEC може да се използва кератоконюнктивален тест. Някои представители на EIEC са неподвижни и не ферментират лактоза и салицин. Идентифицирането на E. coli 0157:H7 се улеснява от неспособността му да ферментира сорбитол (вместо лактоза се използва среда Endo със сорбитол). Но най-добре е да се използват PCR тестови системи за идентифициране и диференциране на OKZ патогени (всички категории). При необходимост се определя чувствителността на изолираните патогени към антибиотици.

Лечение на Е. коли

Използват се различни антибиотици. За възстановяване на нарушения водно-солев обмен се използват перорални солеви разтвори. Те се произвеждат в целофанови торбички под формата на прахове, съдържащи NaCl - 3,5 g; NaHC03 - 2,5 g; KCl - 1,5 g и глюкоза - 20,0 g и се разтварят в 1 литър вода.