Escherichiózy (rod Escherichia, E. coli)

Hlavného zástupcu rodu Escherichia - E. coli - prvýkrát objavil v roku 1885 T. Escherich, po ktorom tento rod baktérií dostal svoje meno. Kľúčové znaky tohto rodu: peritrichózne (alebo nepohyblivé), fermentujú laktózu za vzniku kyseliny a plynu (alebo sú laktózonegatívne), nerastú na hladovacom médiu s citrátom, Voges-Proskauerova reakcia je negatívna, MR test je pozitívny, nemajú fenylalaníndeaminázu, nerastú na médiu s KCN, obsah G + C v DNA je 50-51 mol%.

Rod Escherichia zahŕňa najmenej 7 druhov; v medicíne má osobitný význam druh E. coli, najmä tie varianty, ktoré spôsobujú ľudské ochorenia. Delia sa do 2 hlavných skupín: tie, ktoré spôsobujú extraintestinálne ochorenia, a tie, ktoré spôsobujú akútne črevné ochorenia (AČO). Zástupcovia prvej z nich sa delia do troch patologických skupín:

1. meningeálny (MENEC - meningitída E. coli);
2. septikémie (SEPEC - septikémia E. coli) a
3. uropatogénne (UPEC - uropatogénna E. coli).

Varianty E. coli spôsobujúce akútne respiračné infekcie boli pôvodne rozdelené do nasledujúcich 4 kategórií: enterotoxigénna E. coli (ETEC); enteroinvazívna E. coli (EIEC); enteropatogénna E. coli (EPEC) a enterohemoragická E. coli (EHEC). Následne boli identifikované ďalšie dve kategórie: enteroagregatívna E. coli (EAEC) a difúzne agregatívna E. coli (DAEC).

Okrem toho sa E. coli v medzinárodných normách používa ako indikátor stupňa fekálnej kontaminácie vody, najmä pitnej vody, a potravín.

Štandardný kmeň E. coli (E. coli K-12) sa v laboratóriách mnohých krajín sveta široko používa na štúdium genetiky baktérií.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Morfológia

E. coli je fakultatívny anaerób, dobre rastie na konvenčných živných médiách - kolónie na agare sú okrúhle, konvexné, priesvitné. Rast na bujóne prebieha vo forme difúzneho zákalu. Teplotné optimum pre rast je 37 °C, rastie v rozmedzí od 10 do 45 °C, optimálne pH je 7,2-7,5. Na všetkých diferenciálne diagnostických médiách sú kolónie E. coli rozkladajúce laktózu sfarbené do farby indikátora (na Endovom médiu - tmavokarmínovo s kovovým leskom).

Biochemické vlastnosti

Vo väčšine prípadov je E. coli schopná fermentovať nasledujúce sacharidy za vzniku kyseliny a plynu: glukózu, laktózu, manitol, arabinózu, galaktózu, niekedy sacharózu a niektoré ďalšie sacharidy; tvorí indol; zvyčajne netvorí H2S _; redukuje dusičnany na dusitany, neskvapalňuje želatínu, nerastie na hladovacom médiu s citrátom, dáva pozitívnu reakciu s MR a negatívnu reakciu s Voges-Proskauerovou metódou. Podľa týchto znakov sa dá ľahko odlíšiť od patogénov mnohých chorôb (úplavica, týfus, salmonelóza atď.). Patogénne E. coli sa však veľmi často nelíšia od nepatogénnych ani kultivačnými, ani biochemickými vlastnosťami.

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

Faktory patogenity E. coli

Schopnosť E. coli spôsobovať rôzne ochorenia je spôsobená prítomnosťou nasledujúcich patogenitných faktorov:

Adhézne a kolonizačné faktory. Sú nevyhnutné pre pripojenie k tkanivovým bunkám a ich kolonizáciu. Boli objavené tri varianty kolonizačného faktora: a) CFA/I-CFA/VI (kolonizačný faktor) - majú fimbriálnu štruktúru; b) EAF (enteropatogénny adhézny faktor E. coli) - intimín - proteín vonkajšej membrány, kódovaný génom eaeA. Nachádza sa v 4 a EHEC, deteguje sa schopnosťou baktérií pripojiť sa k bunkám Hep-2; c) Adhézne Henle-407 - fimbriálne štruktúry, detegované schopnosťou baktérií pripojiť sa k bunkám Henle-407. Všetky sú kódované plazmidovými génmi. Okrem nich boli opísané aj ďalšie kolonizačné faktory, medzi ktoré môžu patriť aj bakteriálne lipopolysacharidy.

Invázne faktory. S ich pomocou napríklad EIEC a EHEC prenikajú do črevných epitelových buniek, množia sa v nich a spôsobujú ich deštrukciu. Úlohu inváznych faktorov plnia proteíny vonkajšej membrány.

Exotoxíny. Zistilo sa, že patogénne E. coli obsahujú exotoxíny, ktoré poškodzujú membrány (hemolyzín), inhibujú syntézu bielkovín (Shiga toxín) a aktivujú sekundárne posly (komunikáciu medzi nimi) – toxíny CNF, ST, CT, CLTD, EAST.

Hemolyzíny produkujú rôzne patogény vrátane E. coli. Hemolyzín je toxín tvoriaci póry. Najprv sa viaže na membránu cieľovej bunky a potom v nej vytvorí pór, cez ktorý vstupujú a vystupujú malé molekuly a ióny, čo vedie k bunkovej smrti a lýze erytrocytov.

Shiga toxín (STX) bol prvýkrát objavený v Shigella dysenteriae a potom bol podobný toxín (Shiga-like toxín) nájdený v EHEC. Toxín (N-glykozidáza) blokuje syntézu bielkovín interakciou s 28S rRNA, čo vedie k bunkovej smrti (cytotoxín). Existujú dva typy Shiga-like toxínu: STX-1 a STX-2. STX-1 je takmer identický s Shiga toxínom svojimi antigénnymi vlastnosťami, zatiaľ čo STX-2 sa od Shiga toxínu líši svojimi antigénnymi vlastnosťami a na rozdiel od STX-1 nie je neutralizovaný antisérom proti nemu. Syntéza cytotoxínov STX-1 a STX-2 je v E. coli riadená génmi mierne konvertujúcich profágov 9331 (STX-1) a 933W (STX-2).

• Toxín L (tepelne labilný toxín) je ADP-ribozyltransferáza; väzbou na G proteín spôsobuje hnačku.
• ST toxín (termostabilný toxín), interagujúci s receptorom guanylátcyklázy, stimuluje jeho aktivitu a spôsobuje hnačku.
• CNF (cytotoxický nekrotický faktor) je deamidázový proteín, ktorý poškodzuje takzvané RhoG proteíny. Tento toxín sa nachádza v UPEC, ktorý spôsobuje infekcie močových ciest.
• Toxín CLTD je cytoletálny dezintegrujúci toxín. Mechanizmus účinku nie je dostatočne objasnený.
• Toxín EAST je tepelne stabilný toxín enteroagregačnej E. coli (EAEC), pravdepodobne podobný tepelne stabilnému toxínu (ST).

Endotoxíny sú lipopolysacharidy. Určujú antigénnu špecifickosť baktérií (ktorá je určená opakujúcim sa bočným reťazcom cukrov) a tvar kolónií (strata bočných reťazcov vedie k transformácii S-kolónií na R-kolónie).

Faktory patogenity E. coli sú teda kontrolované nielen chromozomálnymi génmi hostiteľskej bunky, ale aj génmi zavedenými plazmidmi alebo miernymi konvertujúcimi fágmi. To všetko naznačuje možnosť vzniku patogénnych variantov E. coli v dôsledku šírenia plazmidov a miernych konvertujúcich fágov medzi nimi. Nižšie je uvedený stručný popis 4 kategórií E. coli spôsobujúcich akútne respiračné infekcie; informácie o nedávno identifikovaných kategóriách DAEC a EAEC sa v dostupných zdrojoch nenašli.

ETEC zahŕňa 17 séroskupín. Adhézne a kolonizačné faktory fimbriálnej štruktúry typu CFA a enterotoxíny (LT alebo ST, alebo oba) sú kódované rovnakým plazmidom (plazmidmi). Kolonizujú klky bez ich poškodenia. Enterotoxíny spôsobujú poruchu metabolizmu vody a soli. Lokalizácia procesu je tenké črevo. Infekčná dávka je 108-1010 buniek. Ochorenie prebieha ako hnačka podobná cholere. Typ epidémie je vodný, menej často alimentárny. Postihnuté sú deti vo veku 1 až 3 roky a dospelí.

EIEC zahŕňa 9 séroskupín, patogenita je spojená so schopnosťou preniknúť do epitelových buniek črevnej sliznice a množiť sa v nich, čo spôsobuje ich deštrukciu. Tieto vlastnosti sú okrem chromozomálnych génov kódované aj plazmidovými génmi (140 MD). Plazmid kóduje syntézu proteínov vonkajšej membrány, ktoré určujú inváziu. Samotný plazmid aj proteíny, ktoré kóduje, sú príbuzné s proteínmi patogénov úplavice, čo vysvetľuje podobnosť EIEC so šigellou. Infekčná dávka je 105 buniek. Lokalizácia procesu je dolné ileum a hrubé črevo. Ochorenie prebieha ako úplavica: spočiatku vodnatá hnačka, potom kolitický syndróm. Choré sú deti vo veku 1,5-2 roky, dospievajúci a dospelí. Typ ohniska - potravinový, vodný.

Epidemiológia

E. coli je predstaviteľom normálnej mikroflóry črevného traktu všetkých cicavcov, vtákov, plazov a rýb. Preto na objasnenie otázky, ktoré varianty E. coli a prečo spôsobujú escherichiózu, bolo potrebné študovať štruktúru antigénu, vyvinúť sérologickú klasifikáciu potrebnú na identifikáciu patogénnych sérovariantov a zistiť, aké faktory patogenity majú, t. j. prečo sú schopné spôsobiť rôzne formy escherichiózy.

E. coli má 171 variantov O-antigénu (01-0171), 57 variantov H-antigénu (H1-H57) a 90 povrchových (kapsulárnych) variantov K-antigénu. V skutočnosti však existuje 164 skupín O-antigénov a 55 sérovariantov H-antigénu, pretože niektoré z predchádzajúcich séroskupín 0:H boli z druhu E. coli vylúčené, ale poradové čísla O- a H-antigénov zostali nezmenené. Antigénne charakteristiky hnačkovitých E. coli zahŕňajú čísla O- a H-antigénu, napríklad 055:116; 0157:H7; O-antigén označuje príslušnosť k určitej séroskupine a H-antigén je jej sérovariant. Okrem toho, hlbšia štúdia O- a H-antigénov odhalila takzvané faktorové O- a H-antigény, teda ich antigénne podvarianty, ako napríklad H2a, H2b, H2c alebo O20, O20a, O20ab atď. Celkovo zoznam hnačkovitých E. coli obsahuje 43 O-séroskupín a 57 OH-sérovariantov. Tento zoznam sa neustále dopĺňa o nové sérovarianty.

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Príznaky

Skupina zahŕňa 9 séroskupín triedy 1 a štyri séroskupiny triedy 2. Séroskupiny triedy 1 majú plazmid (60 MDa), ktorý riadi syntézu adhézneho a kolonizačného faktora typu EAF. Je reprezentovaný proteínom lokalizovaným vo vonkajšej membráne a je detekovaný schopnosťou baktérií pripojiť sa k bunkám HEp-2. Proteín má mw 94 kDa. Séroskupiny triedy 2 tento plazmid nemajú; ich patogenita je spôsobená niektorými inými faktormi. Zistilo sa, že niektoré kmene oboch tried sú schopné syntetizovať STX. 4 kolonizujú plazmatickú membránu enterocytov, čo spôsobuje poškodenie epitelového povrchu s tvorbou erózií a miernym zápalom. Infekčná dávka je 105-1012 ^buniek. Proces je lokalizovaný v tenkom čreve. Ochorenie je charakterizované vodnatou hnačkou a ťažkou dehydratáciou. Choria prevažne deti v prvom roku života. Spôsob infekcie je kontaktno-domáci, menej často alimentárny.

Séroskupiny EIEC a 4 sú najčastejšími príčinami nozokomiálnych ohnísk.

EHEC produkujú cytotoxíny STX-1 a STX-2. U ľudí spôsobujú hemoragickú kolitídu so závažnými komplikáciami, ako je hemolytická urémia a trombotická trombocytopenická purpura. Toxíny ničia endotelové bunky malých krvných ciev. Tvorba krvných zrazenín a ukladanie fibrínu vedie k zhoršenému prietoku krvi, krvácaniu, ischémii a nekróze v bunkovej stene. Uremický hemolytický syndróm môže byť smrteľný. EHEC sú zastúpené mnohými sérotypmi (-150), ale hlavnú epidemiologickú úlohu zohráva E. coli 0157-H7 a jej bičíkovitý mutant E. coli 0157:NM, pretože iba oni produkujú STX. Tieto kmene baktérií dokážu vylučovať iba jeden z cytotoxínov alebo oba súčasne. Predpokladá sa, že prirodzeným rezervoárom sérovarov EHEC, vrátane E. coli 0157:H7, je hovädzí dobytok a ovce. Najčastejšou cestou infekcie je potrava (mäso, najmä mleté mäso; mlieko). E. coli 0157:H7 je nezvyčajne odolná voči nepriaznivým faktorom. To prispieva k jeho prežitiu a reprodukcii v rôznych produktoch. Infekcia je možná kontaktom s predmetmi v domácnosti. Nástup ochorenia je akútny: objavujú sa črevné kŕče, potom hnačka, spočiatku vodnatá, potom krvavá. Choré sú deti aj dospelí. Chorý človek je nákazlivý.

Laboratórna diagnostika

Je založená na izolácii čistej kultúry patogénu a jej identifikácii, ako aj na testovaní toxínov pomocou PCR. Pôvodca escherichiózy sa identifikuje pomocou sady polyvalentných OK-sér a sady adsorbovaných sér obsahujúcich protilátky iba proti určitým antigénom. Na identifikáciu EIEC možno použiť keratokonjunktiválny test. Niektorí zástupcovia EIEC sú imobilní a nefermentujú laktózu a salicín. Identifikáciu E. coli 0157:H7 uľahčuje jej neschopnosť fermentovať sorbitol (namiesto laktózy sa používa Endo médium so sorbitolom). Najlepšie je však použiť PCR testovacie systémy na identifikáciu a diferenciáciu patogénov OKZ (všetky kategórie). V prípade potreby sa stanoví citlivosť izolovaných patogénov na antibiotiká.

Liečba E. coli

Používajú sa rôzne antibiotiká. Na obnovenie narušeného metabolizmu vody a soli sa používajú perorálne fyziologické roztoky. Vyrábajú sa v celofánových vreckách vo forme práškov obsahujúcich NaCl - 3,5 g; NaHC03 - 2,5 g; KCl - 1,5 g a glukózu - 20,0 g a rozpúšťajú sa v 1 litri vody.