Escherichie (genere Escherichia, E. coli)

Il principale rappresentante del genere Escherichia, E. coli, fu scoperto per la prima volta nel 1885 da T. Escherich, da cui questo genere di batteri prese il nome. Caratteristiche principali di questo genere: peritrichi (o immobili), fermentano il lattosio con formazione di acido e gas (o lattosio-negativi), non crescono su terreno di coltura privo di citrato, la reazione di Voges-Proskauer è negativa, il test MR è positivo, non possiedono fenilalanina deaminasi, non crescono su terreno di coltura con KCN, il contenuto di G+C nel DNA è del 50-51% molare.

Il genere Escherichia comprende almeno 7 specie; di particolare importanza in medicina è la specie E. coli, in particolare le varianti che causano malattie umane. Si dividono in 2 gruppi principali: quelli che causano malattie extraintestinali e quelli che causano malattie intestinali acute (AID). I rappresentanti del primo gruppo sono suddivisi in tre gruppi patologici:

1. meningea (MENEC - meningite da Escherichia coli);
2. setticemia (SEPEC - setticemia da E. coli) e
3. uropatogeno (UPEC - E. coli uropatogeno).

A loro volta, le varianti di E. coli che causano infezioni respiratorie acute sono state inizialmente suddivise nelle seguenti 4 categorie: E. coli enterotossigeno (ETEC); E. coli enteroinvasivo (EIEC); E. coli enteropatogeno (EPEC) ed E. coli enteroemorragico (EHEC). Successivamente, sono state identificate altre due categorie: E. coli enteroaggregativo (EAEC) ed E. coli diffusamente aggregativo (DAEC).

Inoltre, l'Escherichia coli viene utilizzato negli standard internazionali come indicatore del grado di contaminazione fecale dell'acqua, in particolare dell'acqua potabile, e dei prodotti alimentari.

Il ceppo standard di E. coli (E. coli K-12) è ampiamente utilizzato nei laboratori di molti paesi del mondo per studiare la genetica dei batteri.

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Morfologia

E. coli è un anaerobio facoltativo che cresce bene sui terreni nutritivi convenzionali: le colonie su agar sono rotonde, convesse e traslucide. La crescita su brodo si manifesta con una torbidità diffusa. La temperatura ottimale per la crescita è di 37 °C, la crescita avviene nell'intervallo da 10 a 45 °C, il pH ottimale è 7,2-7,5. Su tutti i terreni per diagnosi differenziale, le colonie di E. coli che decompone il lattosio presentano la stessa colorazione dell'indicatore (su terreno Endo: cremisi scuro con riflessi metallici).

Proprietà biochimiche

Nella maggior parte dei casi, l'Escherichia coli è in grado di fermentare i seguenti carboidrati per formare acido e gas: glucosio, lattosio, mannitolo, arabinosio, galattosio, talvolta saccarosio e alcuni altri carboidrati; forma indolo; solitamente non forma H₂S _; riduce i nitrati a nitriti, non liquefa la gelatina, non cresce in un terreno di coltura con citrato, dà una reazione positiva con MR e una reazione negativa con Voges-Proskauer. Grazie a questi segni, può essere facilmente distinto dai patogeni di numerose malattie (dissenteria, febbre tifoide, salmonellosi, ecc.). Tuttavia, gli Escherichia coli patogeni molto spesso non differiscono da quelli non patogeni né per proprietà colturali né biochimiche.

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Fattori di patogenicità dell'Escherichia coli

La capacità dell'Escherichia coli di causare diverse malattie è dovuta alla presenza dei seguenti fattori di patogenicità:

Fattori di adesione e colonizzazione. Sono necessari per l'adesione alle cellule tissutali e la loro colonizzazione. Sono state scoperte tre varianti del fattore di colonizzazione: a) CFA/I-CFA/VI (fattore di colonizzazione) - hanno una struttura fimbriale; b) EAF (fattore di adesione di E. coli enteropatogeno) - intimina - una proteina della membrana esterna, codificata dal gene eaeA. Presente in 4 ed EHEC, è rilevata dalla capacità dei batteri di aderire alle cellule Hep-2; c) Henle-407 di adesione - strutture fimbriali, rilevate dalla capacità dei batteri di aderire alle cellule Henle-407. Tutti sono codificati da geni plasmidici. Oltre a questi, sono stati descritti altri fattori di colonizzazione, che possono includere anche lipopolisaccaridi batterici.

Fattori di invasione. Con il loro aiuto, EIEC ed EHEC, ad esempio, penetrano nelle cellule epiteliali intestinali, si moltiplicano in esse e ne causano la distruzione. Il ruolo dei fattori di invasione è svolto dalle proteine della membrana esterna.

Esotossine. È stato scoperto che l'Escherichia coli patogeno contiene esotossine che danneggiano le membrane (emolisina), inibiscono la sintesi proteica (tossina Shiga) e attivano messaggeri secondari (messaggeri - comunicazione): tossine CNF, ST, CT, CLTD, EAST.

Le emolisine sono prodotte da vari patogeni, tra cui l'Escherichia coli. L'emolisine è una tossina che forma pori. Inizialmente si lega alla membrana della cellula bersaglio e poi forma un poro al suo interno, attraverso il quale piccole molecole e ioni entrano ed escono, causando la morte cellulare e la lisi degli eritrociti.

La tossina Shiga (STX) è stata scoperta per la prima volta in Shigella dysenteriae, e successivamente una tossina simile (tossina Shiga-simile) è stata trovata in E. coli (EHEC). La tossina (N-glicosidasi) blocca la sintesi proteica interagendo con l'rRNA 28S, causando la morte cellulare (citotossina). Esistono due tipi di tossina Shiga-simile: STX-1 e STX-2. STX-1 è quasi identica alla tossina Shiga nelle sue proprietà antigeniche, mentre STX-2 differisce da quest'ultima nelle sue proprietà antigeniche e, a differenza di STX-1, non viene neutralizzata dall'antisiero. La sintesi delle citotossine STX-1 e STX-2 è controllata in E. coli dai geni dei profagi a conversione moderata 9331 (STX-1) e 933W (STX-2).

• La tossina L (tossina termolabile) è un'ADP-ribosiltransferasi; legandosi a una proteina G, provoca diarrea.
• La tossina ST (tossina termostabile), interagendo con il recettore della guanilato ciclasi, ne stimola l'attività e provoca diarrea.
• Il CNF (fattore necrotico citotossico) è una proteina deamidasi che danneggia le cosiddette proteine RhoG. Questa tossina è presente nell'UPEC, che causa infezioni del tratto urinario.
• La tossina CLTD è una tossina citoletale disintegrante. Il meccanismo d'azione è poco compreso.
• La tossina EAST è una tossina termostabile dell'Escherichia coli enteroaggregante (EAEC), probabilmente simile alla tossina termostabile (ST).

Le endotossine sono lipopolisaccaridi. Determinano la specificità antigenica dei batteri (determinata dalla ripetizione della catena laterale di zuccheri) e la forma delle colonie (la perdita delle catene laterali porta alla trasformazione delle colonie S in colonie R).

Pertanto, i fattori di patogenicità di E. coli sono controllati non solo dai geni cromosomici della cellula ospite, ma anche da geni introdotti da plasmidi o fagi temperati convertenti. Tutto ciò indica la possibilità dell'emergere di varianti patogene di E. coli a seguito della diffusione di plasmidi e fagi temperati tra di esse. Di seguito è riportata una breve descrizione di 4 categorie di E. coli che causano infezioni respiratorie acute; informazioni sulle categorie DAEC ed EAEC recentemente identificate non sono state reperite nelle fonti a nostra disposizione.

L'ETEC comprende 17 sierogruppi. I fattori di adesione e colonizzazione della struttura fimbriale di tipo CFA e le enterotossine (LT o ST, o entrambe) sono codificati dagli stessi plasmidi. Colonizzano i villi senza danneggiarli. Le enterotossine causano un'alterazione del metabolismo acqua-sale. La localizzazione del processo è l'intestino tenue. La dose infettante è di 108-1010 cellule. La malattia si manifesta con diarrea simil-colerica. Il tipo di epidemia è trasmesso dall'acqua, meno frequentemente dagli alimenti. Sono colpiti bambini di età compresa tra 1 e 3 anni e adulti.

L'EIEC comprende 9 sierogruppi; la patogenicità è associata alla capacità di penetrare nelle cellule epiteliali della mucosa intestinale e moltiplicarsi al loro interno, causandone la distruzione. Queste proprietà sono codificate, oltre che dai geni cromosomici, dai geni plasmidici (140 MD). Il plasmide codifica la sintesi delle proteine della membrana esterna, che determinano l'invasione. Sia il plasmide stesso che le proteine che codifica sono correlati a quelli dei patogeni della dissenteria, il che spiega la somiglianza dell'EIEC con la shigella. La dose infettante è di 10 cellule. La localizzazione del processo è l'ileo inferiore e l'intestino crasso. La malattia si manifesta con un decorso dissenteriale: inizialmente diarrea acquosa, poi sindrome colitica. I sintomi si manifestano in bambini di età compresa tra 1,5 e 2 anni, adolescenti e adulti. Tipo di epidemie: cibo, acqua.

Epidemiologia

L'Escherichia coli è un rappresentante della normale microflora del tratto intestinale di tutti i mammiferi, uccelli, rettili e pesci. Pertanto, per chiarire quali varianti di Escherichia coli siano responsabili dell'escherichia coli e perché causino l'escherichiosi, è stato necessario studiare la struttura dell'antigene, sviluppare una classificazione sierologica necessaria per identificare le sierovarianti patogene e scoprire quali fattori di patogenicità possiedono, ovvero perché sono in grado di causare diverse forme di escherichiosi.

E. coli presenta 171 varianti dell'antigene O (01-0171), 57 varianti dell'antigene H (H1-H57) e 90 varianti dell'antigene K di superficie (capsulare). Tuttavia, in realtà esistono 164 gruppi di antigeni O e 55 sierovarianti dell'antigene H, poiché alcuni dei precedenti sierogruppi 0:H sono stati esclusi dalla specie di E. coli, ma i numeri ordinali degli antigeni O e H sono rimasti invariati. Le caratteristiche antigeniche dell'E. coli diarrogenico includono i numeri degli antigeni O e H, ad esempio 055:116; 0157:H7; l'antigene O indica l'appartenenza a un determinato sierogruppo e l'antigene H è la sua sierovariante. Inoltre, uno studio più approfondito degli antigeni O e H ha rivelato i cosiddetti antigeni del fattore O e H, ovvero le loro sottovarianti antigeniche, come H2a, H2b, H2c o O20, O20a, O20ab, ecc. In totale, l'elenco degli E. coli diarrogenici comprende 43 sierogruppi O e 57 sierovarianti OH. Questo elenco viene costantemente integrato con nuove sierovarianti.

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Sintomi

Il gruppo comprende 9 sierogruppi di classe 1 e quattro sierogruppi di classe 2. I sierogruppi di classe 1 possiedono un plasmide (60 MDa) che controlla la sintesi del fattore di adesione e colonizzazione di tipo EAF. È rappresentato da una proteina localizzata nella membrana esterna e viene rilevato dalla capacità dei batteri di attaccarsi alle cellule HEp-2. La proteina ha un peso molecolare di 94 kDa. I sierogruppi di classe 2 non possiedono questo plasmide; la loro patogenicità è dovuta ad altri fattori. Alcuni ceppi di entrambe le classi sono stati trovati in grado di sintetizzare STX. 4 colonizza la membrana plasmatica degli enterociti, causando danni alla superficie epiteliale con formazione di erosioni e moderata infiammazione. La dose infettante è di 105-1012 ^cellule. Il processo è localizzato nell'intestino tenue. La malattia è caratterizzata da diarrea acquosa e grave disidratazione. I bambini colpiti sono prevalentemente bambini nel primo anno di vita. La via di contagio è il contatto domestico, più raramente quello alimentare.

I sierogruppi EIEC e 4 sono le cause più comuni di epidemie nosocomiali.

Gli EHEC producono le citotossine STX-1 e STX-2. Causano colite emorragica nell'uomo con gravi complicazioni come uremia emolitica e porpora trombotica trombocitopenica. Le tossine distruggono le cellule endoteliali dei piccoli vasi sanguigni. La formazione di coaguli di sangue e la deposizione di fibrina portano a compromissione del flusso sanguigno, emorragia, ischemia e necrosi della parete cellulare. La sindrome emolitica uremica può essere fatale. Gli EHEC sono rappresentati da numerosi sierotipi (-150), ma il principale ruolo epidemiologico è svolto da E. coli 0157-H7 e dal suo mutante flagellato E. coli 0157:NM, poiché solo loro producono STX. Questi ceppi batterici possono secernere solo una delle citotossine o entrambe contemporaneamente. Si ritiene che il serbatoio naturale dei sierotipi di EHEC, incluso E. coli 0157:H7, siano bovini e ovini. La via di infezione più comune è il cibo (carne, soprattutto carne macinata; latte). L'Escherichia coli 0157:H7 è insolitamente resistente a fattori sfavorevoli. Ciò contribuisce alla sua sopravvivenza e riproduzione in vari prodotti. L'infezione è possibile attraverso il contatto con oggetti domestici. L'esordio della malattia è acuto: si verificano spasmi intestinali, seguiti da diarrea, inizialmente acquosa, poi sanguinolenta. Bambini e adulti si ammalano. Una persona malata è contagiosa.

Diagnostica di laboratorio

Si basa sull'isolamento di una coltura pura del patogeno e sulla sua identificazione, nonché sul test delle tossine mediante PCR. L'agente eziologico dell'escherichia coli viene identificato utilizzando un set di sieri OK polivalenti e un set di sieri adsorbiti contenenti anticorpi solo verso determinati antigeni. Un test cheratocongiuntivale può essere utilizzato per identificare le EIEC. Alcuni rappresentanti delle EIEC sono immobili e non fermentano il lattosio e la salicina. L'identificazione di E. coli 0157:H7 è facilitata dalla sua incapacità di fermentare il sorbitolo (viene utilizzato il terreno Endo con sorbitolo al posto del lattosio). Tuttavia, è preferibile utilizzare sistemi di test PCR per identificare e differenziare i patogeni OKZ (tutte le categorie). Se necessario, viene determinata la sensibilità dei patogeni isolati agli antibiotici.

Trattamento dell'Escherichia coli

Vengono utilizzati vari antibiotici. Le soluzioni saline orali vengono utilizzate per ripristinare il metabolismo acqua-sale alterato. Sono prodotte in sacchetti di cellophane sotto forma di polveri contenenti NaCl - 3,5 g; NaHC03 - 2,5 g; KCl - 1,5 g e glucosio - 20,0 g e sciolte in 1 litro d'acqua.