Ешеріхіози (рід Escherichia, Е. coli)

Основний представник роду Escherichia – кишкова паличка – вперше був відкритий у 1885 році Т. Ешеріхом, на честь якого цей рід бактерій і отримав свою назву. Ключові ознаки цього роду: перитрихальні (або нерухомі), ферментують лактозу з утворенням кислоти та газу (або лактозонегативні), не ростуть на голодному середовищі з цитратом, реакція Фогеса-Проскауера негативна, МР-тест позитивний, не мають фенілаланіндезамінази, не ростуть на середовищі з KCN, вміст G+C у ДНК становить 50-51 моль%.

Рід Escherichia включає щонайменше 7 видів; особливе значення в медицині має вид E. coli, зокрема ті його варіанти, що викликають захворювання людини. Їх поділяють на 2 основні групи: ті, що викликають позакишкові захворювання, та ті, що викликають гострі кишкові захворювання (ГКЗ). Представників перших поділяють на три патологічні групи:

1. менінгеальний (MENEC - менінгіт E. coli);
2. септицемії (SEPEC - септицемія E. coli) і
3. уропатогенні (УПЕК – уропатогенна кишкова паличка).

У свою чергу, варіанти E. coli, що викликають гострі респіраторні інфекції, спочатку були розділені на такі 4 категорії: ентеротоксигенна E. coli (ETEC); ентероінвазивна E. coli (EIEC); ентеропатогенна E. coli (EPEC) та ентерогеморагічна E. coli (EHEC). Згодом були визначені ще дві категорії: ентероагрегативна E. coli (EAEC) та дифузно агрегативна E. coli (DAEC).

Крім того, кишкова паличка використовується в міжнародних стандартах як індикатор ступеня фекального забруднення води, особливо питної води, та харчових продуктів.

Стандартний штам кишкової палички (E. coli K-12) широко використовується в лабораторіях багатьох країн світу для вивчення генетики бактерій.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Морфологія

Кишкова паличка – факультативний анаероб, добре росте на звичайних поживних середовищах – колонії на агарі круглі, опуклі, напівпрозорі. Ріст на бульйоні відбувається у вигляді дифузного помутніння. Температурний оптимум для росту – 37 °C, росте в діапазоні від 10 до 45 °C, оптимальний pH – 7,2-7,5. На всіх диференційно-діагностичних середовищах колонії кишкової палички, що розкладає лактозу, забарвлені в колір індикатора (на середовищі Ендо – темно-малиновий з металевим блиском).

Біохімічні властивості

У більшості випадків кишкова паличка здатна ферментувати з утворенням кислоти та газу такі вуглеводи: глюкозу, лактозу, маніт, арабінозу, галактозу, іноді сахарозу та деякі інші вуглеводи; утворює індол; зазвичай не утворює H2S _; відновлює нітрати до нітритів, не розріджує желатин, не росте на середовищі голодування з цитратом, дає позитивну реакцію з МР та негативну реакцію з Фогесом-Проскауером. За цими ознаками її можна легко відрізнити від збудників низки захворювань (дизентерії, черевного тифу, сальмонельозу тощо). Однак патогенні кишкові палички дуже часто не відрізняються від непатогенних ні культуральними, ні біохімічними властивостями.

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

Фактори патогенності кишкової палички

Здатність кишкової палички викликати різні захворювання зумовлена наявністю наступних факторів патогенності:

Фактори адгезії та колонізації. Вони необхідні для прикріплення до клітин тканин та їх колонізації. Виявлено три варіанти фактора колонізації: a) CFA/I-CFA/VI (фактор колонізації) – мають фімбріальну структуру; b) EAF (ентеропатогенний фактор адгезії E. coli) – інтимін – білок зовнішньої мембрани, кодований геном eaeA. Виявлений у 4 та EHEC, виявляється за здатністю бактерій прикріплюватися до клітин Hep-2; c) Адгезія Henle-407 – фімбріальні структури, виявляються за здатністю бактерій прикріплюватися до клітин Henle-407. Всі вони кодуються плазмідними генами. Окрім них, описані й інші фактори колонізації, до яких також можуть належати бактеріальні ліпополісахариди.

Фактори інвазії. З їхньою допомогою, наприклад, EIEC та EHEC проникають у клітини кишкового епітелію, розмножуються в них та викликають їх руйнування. Роль факторів інвазії виконують білки зовнішньої мембрани.

Екзотоксини. Було виявлено, що патогенна кишкова паличка містить екзотоксини, які пошкоджують мембрани (гемолізин), пригнічують синтез білка (токсин Шига) та активують вторинні месенджери (мессенджер-комунікацію) – токсини CNF, ST, CT, CLTD, EAST.

Гемолізини виробляються різними патогенами, включаючи кишкову паличку. Гемолізин – це пороутворюючий токсин. Спочатку він зв’язується з мембраною клітини-мішені, а потім утворює в ній пору, через яку входять і виходять малі молекули та іони, що призводить до загибелі клітин та лізису еритроцитів.

Шига-токсин (STX) вперше був виявлений у Shigella dysenteriae, а потім подібний токсин (Шига-подібний токсин) був знайдений у EHEC. Токсин (N-глікозидаза) блокує синтез білка, взаємодіючи з 28S рРНК, що призводить до загибелі клітин (цитотоксин). Існує два типи Шига-подібного токсину: STX-1 та STX-2. STX-1 майже ідентичний Шига-токсину за своїми антигенними властивостями, тоді як STX-2 відрізняється від Шига-токсину за своїми антигенними властивостями та, на відміну від STX-1, не нейтралізується антисироваткою до нього. Синтез цитотоксинів STX-1 та STX-2 контролюється в E. coli генами помірно конвертуючих профагів 9331 (STX-1) та 933W (STX-2).

• Токсин L (термолабільний токсин) – це АДФ-рибозилтрансфераза; зв'язуючись з G-білком, він викликає діарею.
• ST-токсин (термостабільний токсин), взаємодіючи з рецептором гуанілатциклази, стимулює його активність і викликає діарею.
• CNF (цитотоксичний некротичний фактор) – це білок деамідази, який пошкоджує так звані білки RhoG. Цей токсин міститься в UPEC, що викликає інфекції сечовивідних шляхів.
• Токсин CLTD – це цитолетальний дезінтегруючий токсин. Механізм його дії погано вивчений.
• Токсин EAST – це термостабільний токсин ентероагрегативної кишкової палички (EAEC), ймовірно, подібний до термостабільного токсину (ST).

Ендотоксини – це ліпополісахариди. Вони визначають антигенну специфічність бактерій (яка визначається повторюваним бічним ланцюгом цукрів) та форму колоній (втрата бічних ланцюгів призводить до перетворення S-колоній на R-колонії).

Таким чином, фактори патогенності E. coli контролюються не лише хромосомними генами клітини-хазяїна, а й генами, введеними плазмідами або помірними конвертуючими фагами. Все це вказує на можливість виникнення патогенних варіантів E. coli в результаті поширення серед них плазмід та помірних конвертуючих фагів. Нижче наведено короткий опис 4 категорій E. coli, що спричиняють гострі респіраторні інфекції; інформація про нещодавно ідентифіковані категорії DAEC та EAEC у доступних нам джерелах не знайдена.

ETEC включає 17 серогруп. Фактори адгезії та колонізації фімбріальної структури типу CFA та ентеротоксини (LT або ST, або обидва) кодуються однією(-ими) плазмідою(-ами). Вони колонізують ворсинки, не пошкоджуючи їх. Ентеротоксини викликають порушення водно-сольового обміну. Локалізація процесу – тонкий кишечник. Інфекційна доза становить 108-1010 клітин. Захворювання протікає за типом холероподібної діареї. Тип епідемій – водний, рідше харчовий. Уражаються діти віком від 1 до 3 років та дорослі.

EIEC включає 9 серогруп, патогенність пов'язана зі здатністю проникати в епітеліальні клітини слизової оболонки кишечника та розмножуватися всередині них, викликаючи їх руйнування. Ці властивості кодуються, крім хромосомних генів, плазмідними генами (140 м.д.). Плазміда кодує синтез білків зовнішньої мембрани, які визначають інвазію. Як сама плазміда, так і білки, які вона кодує, споріднені з білками збудників дизентерії, що пояснює схожість EIEC з шигелами. Інфекційна доза становить 10s клітин. Локалізація процесу - нижня клубова та товста кишки. Захворювання протікає як дизентерія: спочатку водяниста діарея, потім колітичний синдром. Хворіють діти 1,5-2 років, підлітки та дорослі. Тип спалахів - харчовий, водний.

Епідеміологія

Кишкова паличка є представником нормальної мікрофлори кишкового тракту всіх ссавців, птахів, рептилій та риб. Тому для з'ясування питання, які варіанти кишкової палички і чому викликають ешерихіоз, необхідно було вивчити структуру антигену, розробити серологічну класифікацію, необхідну для ідентифікації патогенних сероваріантів, та з'ясувати, якими факторами патогенності вони володіють, тобто чому вони здатні викликати різні форми ешерихіозу.

E. coli має 171 варіант О-антигену (01-0171), 57 варіантів Н-антигену (H1-H57) та 90 варіантів поверхневих (капсулярних) К-антигенів. Однак насправді існує 164 групи О-антигенів та 55 сероваріантів Н-антигену, оскільки деякі з попередніх серогруп 0:H були виключені з виду E. coli, але порядкові номери О- та Н-антигенів залишилися незмінними. Антигенні характеристики діарейної E. coli включають номери О- та Н-антигенів, наприклад, 055:116; 0157:H7; О-антиген вказує на приналежність до певної серогрупи, а Н-антиген є її сероваріантом. Крім того, більш поглиблене дослідження О- та Н-антигенів виявило так звані факторні О- та Н-антигени, тобто їх антигенні підваріанти, такі як H2a, H2b, H2c або O20, O20a, O20ab тощо. Загалом список діарейних E. coli включає 43 О-серогрупи та 57 ОН-сероваріантів. Цей список постійно доповнюється новими сероваріантами.

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Симптоми

Група включає 9 серогруп 1 класу та чотири серогрупи 2 класу. Серогрупи 1 класу мають плазміду (60 МДа), яка контролює синтез фактора адгезії та колонізації типу EAF. Вона представлена білком, локалізованим у зовнішній мембрані, та виявляється за здатністю бактерій приєднуватися до клітин HEp-2. Білок має молекулярну масу 94 кДа. Серогрупи 2 класу не мають цієї плазміди; їх патогенність зумовлена деякими іншими факторами. Виявлено, що деякі штами обох класів здатні синтезувати STX. 4 колонізують плазматичну мембрану ентероцитів, викликаючи пошкодження поверхні епітелію з утворенням ерозій та помірним запаленням. Інфекційна доза становить 105-1012 ^клітин. Процес локалізується в тонкому кишечнику. Захворювання характеризується водянистою діареєю та тяжким зневодненням. Хворіють переважно діти першого року життя. Спосіб зараження – контактно-побутовий, рідше харчовий.

Серогрупи EIEC та 4 є найпоширенішими причинами нозокоміальних спалахів.

EHEC продукують цитотоксини STX-1 та STX-2. Вони викликають геморагічний коліт у людей з важкими ускладненнями, такими як гемолітична уремія та тромботична тромбоцитопенічна пурпура. Токсини руйнують ендотеліальні клітини дрібних кровоносних судин. Утворення тромбів та відкладення фібрину призводять до порушення кровотоку, кровотечі, ішемії та некрозу клітинної стінки. Уремічний гемолітичний синдром може бути смертельним. EHEC представлені багатьма серотипами (-150), але основну епідеміологічну роль відіграє E. coli 0157-H7 та її джгутиковий мутант E. coli 0157:NM, оскільки тільки вони продукують STX. Ці штами бактерій можуть секретувати лише один з цитотоксинів або обидва одночасно. Вважається, що природним резервуаром сероварів EHEC, включаючи E. coli 0157:H7, є велика рогата худоба та вівці. Найпоширенішим шляхом зараження є їжа (м'ясо, особливо фарш; молоко). E. coli 0157:H7 надзвичайно стійка до несприятливих факторів. Це сприяє його виживанню та розмноженню в різних продуктах. Зараження можливе через контакт з предметами побуту. Початок захворювання гострий: виникають кишкові спазми, потім діарея, спочатку водяниста, потім кривава. Хворіють діти та дорослі. Хвора людина заразна.

Лабораторна діагностика

Він базується на виділенні чистої культури збудника та її ідентифікації, а також на тестуванні токсинів за допомогою ПЛР. Збудника ешерихіозу ідентифікують за допомогою набору полівалентних ОК-сироваток та набору адсорбованих сироваток, що містять антитіла лише до певних антигенів. Для ідентифікації EIEC може бути використаний кератокон'юнктивальний тест. Деякі представники EIEC нерухомі та не ферментують лактозу та саліцин. Ідентифікація E. coli 0157:H7 полегшується її нездатністю ферментувати сорбіт (замість лактози використовується середовище Ендо з сорбітолом). Але найкраще для ідентифікації та диференціації збудників ОКЗ (усіх категорій) використовувати ПЛР-тест-системи. За необхідності визначається чутливість виділених збудників до антибіотиків.

Лікування кишкової палички

Використовуються різні антибіотики. Для відновлення порушеного водно-сольового обміну застосовуються пероральні сольові розчини. Вони випускаються в целофанових пакетиках у вигляді порошків, що містять NaCl - 3,5 г; NaHC03 - 2,5 г; KCl - 1,5 г та глюкозу - 20,0 г та розчиняються в 1 літрі води.