Escherichiózy (rod Escherichia, E. coli)

Hlavní zástupce rodu Escherichia - E. coli - byl poprvé objeven v roce 1885 T. Escherichem, po kterém tento rod bakterií dostal své jméno. Klíčové znaky tohoto rodu: peritrichózní (nebo nepohyblivé), fermentují laktózu za tvorby kyseliny a plynu (nebo laktózonegativní), nerostou na hladovějícím médiu s citrátem, Voges-Proskauerova reakce je negativní, MR test je pozitivní, nemají fenylalanindeaminázu, nerostou na médiu s KCN, obsah G + C v DNA je 50-51 mol%.

Rod Escherichia zahrnuje nejméně 7 druhů; v medicíně má zvláštní význam druh E. coli, zejména ty varianty, které způsobují lidská onemocnění. Dělí se do 2 hlavních skupin: ty, které způsobují extraintestinální onemocnění, a ty, které způsobují akutní střevní onemocnění (AID). Zástupci první z nich se dělí do tří patologických skupin:

1. meningeální (MENEC - meningitida E. coli);
2. septikémie (SEPEC - septikémie E. coli) a
3. uropatogenní (UPEC - uropatogenní E. coli).

Varianty E. coli způsobující akutní respirační infekce byly původně rozděleny do následujících 4 kategorií: enterotoxigenní E. coli (ETEC), enteroinvazivní E. coli (EIEC), enteropatogenní E. coli (EPEC) a enterohemoragická E. coli (EHEC). Následně byly identifikovány další dvě kategorie: enteroagregativní E. coli (EAEC) a difuzně agregující E. coli (DAEC).

Kromě toho se E. coli v mezinárodních normách používá jako indikátor stupně fekální kontaminace vody, zejména pitné vody, a potravinářských výrobků.

Standardní kmen E. coli (E. coli K-12) je široce používán v laboratořích v mnoha zemích světa ke studiu genetiky bakterií.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Morfologie

E. coli je fakultativní anaerob, dobře roste na konvenčních živných médiích - kolonie na agaru jsou kulaté, konvexní, průsvitné. Růst na bujónu probíhá ve formě difúzního zákalu. Teplotní optimum pro růst je 37 °C, roste v rozmezí od 10 do 45 °C, optimální pH je 7,2-7,5. Na všech diferenciálně diagnostických médiích jsou kolonie E. coli rozkládající laktózu zbarveny do barvy indikátoru (na Endově médiu - tmavě karmínově s kovovým leskem).

Biochemické vlastnosti

Ve většině případů je E. coli schopna fermentovat za vzniku kyseliny a plynu následující sacharidy: glukózu, laktózu, mannitol, arabinózu, galaktózu, někdy sacharózu a některé další sacharidy; tvoří indol; obvykle netvoří H2S _; redukuje dusičnany na dusitany, nezkapalňuje želatinu, neroste na hladovějícím médiu s citrátem, dává pozitivní reakci s MR a negativní reakci s Voges-Proskauerovou metodou. Podle těchto znaků ji lze snadno odlišit od patogenů řady onemocnění (úplavice, tyfus, salmonelóza atd.). Patogenní E. coli se však velmi často neliší od nepatogenních ani kultivačními, ani biochemickými vlastnostmi.

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

Faktory patogenity E. coli

Schopnost E. coli způsobovat různá onemocnění je způsobena přítomností následujících patogenních faktorů:

Adhezní a kolonizační faktory. Jsou nezbytné pro připojení k tkáňovým buňkám a jejich kolonizaci. Byly objeveny tři varianty kolonizačního faktoru: a) CFA/I-CFA/VI (kolonizační faktor) - mají fimbriální strukturu; b) EAF (enteropatogenní adherenční faktor E. coli) - intimin - protein vnější membrány, kódovaný genem eaeA. Nachází se v 4 a EHEC, je detekován schopností bakterií připojit se k buňkám Hep-2; c) Adhezní Henle-407 - fimbriální struktury, detekované schopností bakterií připojit se k buňkám Henle-407. Všechny jsou kódovány plasmidovými geny. Kromě nich byly popsány i další kolonizační faktory, mezi které mohou patřit i bakteriální lipopolysacharidy.

Invazní faktory. S jejich pomocí například EIEC a EHEC pronikají do střevních epiteliálních buněk, množí se v nich a způsobují jejich destrukci. Úlohu invazních faktorů plní proteiny vnější membrány.

Exotoxiny. Bylo zjištěno, že patogenní E. coli obsahují exotoxiny, které poškozují membrány (hemolysin), inhibují syntézu proteinů (Shiga toxin) a aktivují sekundární posly (messenger-communication) – toxiny CNF, ST, CT, CLTD, EAST.

Hemolysiny produkují různé patogeny, včetně E. coli. Hemolysin je toxin tvořící póry. Nejprve se váže na membránu cílové buňky a poté v ní vytvoří pór, kterým vstupují a vystupují malé molekuly a ionty, což vede k buněčné smrti a lýze erytrocytů.

Shiga toxin (STX) byl poprvé objeven u Shigella dysenteriae a poté byl podobný toxin (Shiga-like toxin) nalezen u EHEC. Toxin (N-glykosidáza) blokuje syntézu proteinů interakcí s 28S rRNA, což vede k buněčné smrti (cytotoxin). Existují dva typy Shiga-like toxinu: STX-1 a STX-2. STX-1 je svými antigenními vlastnostmi téměř identický se Shiga toxinem, zatímco STX-2 se od Shiga toxinu svými antigenními vlastnostmi liší a na rozdíl od STX-1 není neutralizován antisérem proti němu. Syntéza cytotoxinů STX-1 a STX-2 je v E. coli řízena geny středně silně konvertujících profágů 9331 (STX-1) a 933W (STX-2).

• Toxin L (tepelně labilní toxin) je ADP-ribosyltransferáza; vazbou na G protein způsobuje průjem.
• ST toxin (termostabilní toxin), interagující s receptorem guanylátcyklázy, stimuluje jeho aktivitu a způsobuje průjem.
• CNF (cytotoxický nekrotický faktor) je deamidázový protein, který poškozuje tzv. RhoG proteiny. Tento toxin se nachází v UPEC, který způsobuje infekce močových cest.
• CLTD toxin je cytoletální rozpadavý toxin. Mechanismus účinku není dostatečně objasněn.
• EAST toxin je tepelně stabilní toxin enteroagregační E. coli (EAEC), pravděpodobně podobný tepelně stabilnímu toxinu (ST).

Endotoxiny jsou lipopolysacharidy. Určují antigenní specificitu bakterií (která je určena opakujícím se postranním řetězcem cukrů) a tvar kolonií (ztráta postranních řetězců vede k transformaci S-kolonií na R-kolonie).

Faktory patogenity E. coli jsou tedy řízeny nejen chromozomálními geny hostitelské buňky, ale také geny zavedenými plazmidy nebo fágy mírného pásma. To vše naznačuje možnost vzniku patogenních variant E. coli v důsledku šíření plazmidů a fágů mírného pásma mezi nimi. Níže je uveden stručný popis 4 kategorií E. coli způsobujících akutní respirační infekce; informace o nedávno identifikovaných kategoriích DAEC a EAEC se v nám dostupných zdrojích nenašly.

ETEC zahrnuje 17 séroskupin. Adhezní a kolonizační faktory fimbriální struktury typu CFA a enterotoxiny (LT nebo ST, případně oba) jsou kódovány stejným (tými) plazmidem (plazmidy). Kolonizují klky, aniž by je poškozovaly. Enterotoxiny způsobují poruchu metabolismu vody a soli. Lokalizací procesu je tenké střevo. Infekční dávka je 108-1010 buněk. Onemocnění probíhá jako cholerový průjem. Typ epidemií je vodní, méně často alimentární. Postiženy jsou děti ve věku 1 až 3 let a dospělí.

EIEC zahrnuje 9 séroskupin, patogenita je spojena se schopností proniknout do epiteliálních buněk střevní sliznice a množit se v nich, což způsobuje jejich destrukci. Tyto vlastnosti jsou kódovány kromě chromozomálních genů i plazmidovými geny (140 MD). Plazmid kóduje syntézu proteinů vnější membrány, které určují invazi. Samotný plazmid i proteiny, které kóduje, jsou příbuzné proteinům patogenů úplavice, což vysvětluje podobnost EIEC se shigellami. Infekční dávka je 105 buněk. Lokalizace procesu je dolní ileum a tlusté střevo. Onemocnění probíhá jako úplavice: zpočátku vodnatý průjem, poté kolitický syndrom. Onemocněly děti ve věku 1,5-2 let, dospívající a dospělí. Typ ohnisek - potravinový, vodní.

Epidemiologie

E. coli je zástupcem normální mikroflóry střevního traktu všech savců, ptáků, plazů a ryb. Pro objasnění otázky, které varianty E. coli a proč způsobují escherichiózu, bylo proto nutné studovat strukturu antigenu, vyvinout sérologickou klasifikaci nezbytnou pro identifikaci patogenních sérovariant a zjistit, jaké faktory patogenity mají, tj. proč jsou schopny způsobovat různé formy escherichiózy.

E. coli má 171 variant O-antigenu (01-0171), 57 variant H-antigenu (H1-H57) a 90 povrchových (kapsulárních) variant K-antigenu. Ve skutečnosti však existuje 164 skupin O-antigenů a 55 sérovariant H-antigenu, protože některé z předchozích séroskupin 0:H byly z druhu E. coli vyloučeny, ale pořadová čísla O- a H-antigenů zůstala nezměněna. Antigenní charakteristiky diarogenní E. coli zahrnují čísla O- a H-antigenů, například 055:116; 0157:H7; O-antigen označuje příslušnost k určité séroskupině a H-antigen je její sérovariantou. Kromě toho hloubkovější studie O- a H-antigenů odhalila tzv. faktorové O- a H-antigeny, tj. jejich antigenní subvarianty, jako jsou H2a, H2b, H2c nebo O20, O20a, O20ab atd. Celkem seznam diarogenních E. coli zahrnuje 43 O-séroskupin a 57 OH-sérovariant. Tento seznam je neustále doplňován o nové sérovarianty.

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Příznaky

Skupina zahrnuje 9 séroskupin třídy 1 a čtyři séroskupiny třídy 2. Séroskupiny třídy 1 mají plazmid (60 MDa), který řídí syntézu adhezního a kolonizačního faktoru typu EAF. Je reprezentován proteinem lokalizovaným ve vnější membráně a je detekován schopností bakterií vázat se na buňky HEp-2. Protein má molekulovou hmotnost 94 kDa. Séroskupiny třídy 2 tento plazmid nemají; jejich patogenita je způsobena některými jinými faktory. U některých kmenů obou tříd bylo zjištěno, že jsou schopny syntetizovat STX. 4 kolonizují plazmatickou membránu enterocytů, což způsobuje poškození epiteliálního povrchu s tvorbou erozí a mírným zánětem. Infekční dávka je 105-1012 ^buněk. Proces je lokalizován v tenkém střevě. Onemocnění je charakterizováno vodnatým průjmem a těžkou dehydratací. Většinou onemocní děti v prvním roce života. Způsob infekce je kontaktně-domácí, méně často alimentární.

Séroskupiny EIEC a 4 jsou nejčastějšími příčinami nozokomiálních ohnisek.

EHEC produkují cytotoxiny STX-1 a STX-2. U lidí způsobují hemoragickou kolitidu s těžkými komplikacemi, jako je hemolytická urémie a trombotická trombocytopenická purpura. Toxiny ničí endotelové buňky malých cév. Tvorba krevních sraženin a ukládání fibrinu vede ke zhoršenému průtoku krve, krvácení, ischemii a nekróze buněčné stěny. Uremický hemolytický syndrom může být fatální. EHEC jsou reprezentovány mnoha sérotypy (-150), ale hlavní epidemiologickou roli hraje E. coli 0157-H7 a její bičíkatý mutant E. coli 0157:NM, protože pouze ony produkují STX. Tyto kmeny bakterií mohou vylučovat pouze jeden z cytotoxinů nebo oba současně. Předpokládá se, že přirozeným rezervoárem sérovarů EHEC, včetně E. coli 0157:H7, je skot a ovce. Nejčastější cestou infekce je potrava (maso, zejména mleté maso; mléko). E. coli 0157:H7 je neobvykle odolná vůči nepříznivým faktorům. To přispívá k jeho přežití a reprodukci v různých produktech. Infekce je možná kontaktem s předměty v domácnosti. Nástup onemocnění je akutní: objevují se střevní křeče, poté průjem, zpočátku vodnatý, poté krvavý. Nemocní jsou děti i dospělí. Nemocný člověk je nakažlivý.

Laboratorní diagnostika

Je založen na izolaci čisté kultury patogena a její identifikaci, stejně jako na testování toxinů pomocí PCR. Původce escherichiózy se identifikuje pomocí sady polyvalentních OK-sér a sady adsorbovaných sér obsahujících protilátky pouze proti určitým antigenům. K identifikaci EIEC lze použít keratokonjunktivální test. Někteří zástupci EIEC jsou imobilní a nefermentují laktózu a salicin. Identifikaci E. coli 0157:H7 usnadňuje její neschopnost fermentovat sorbitol (místo laktózy se používá Endo médium se sorbitolem). Nejlepší je však použít PCR testovací systémy pro identifikaci a diferenciaci patogenů OKZ (všechny kategorie). V případě potřeby se stanoví citlivost izolovaných patogenů na antibiotika.

Léčba E. coli

Používají se různá antibiotika. K obnovení narušeného metabolismu vody a soli se používají perorální fyziologické roztoky. Vyrábějí se v celofánových sáčcích ve formě prášků obsahujících NaCl - 3,5 g; NaHC03 - 2,5 g; KCl - 1,5 g a glukózu - 20,0 g a rozpouštějí se v 1 litru vody.