кишечная паÐочка

Классификация
патотип – бактерии одного рода и вида, которые отличаются друг от друга по факторам вирулентности
Энтеропатогенная E.coli (Enteropathogenic E.coli = EPEC)
Шига токсинпродуцирующая E.coli (Shiga toxin-producing E.coli = STEC, синоним Verocytotoxigenic E.coli = VTEC)
Энтероинвазивная E.coli (Shigella/Enteroinvasive E.coli = EIEC)
Энтеротоксигенная E.coli (Enterotoxigenic E.coli = ETEC)
Энтероаггрегативная E.coli (Enteroaggregative E.coli = EAggEC)
Диффузно-адгерентная E.coli (Diffusely adherent E.coli = DAEC)
Адгерентно-инвазивная E.coli (Adherent invasive E.coli = AIEC)

Общая характеристика, выделение и типирование E.coli (I)
Грам «-»
оксидаза-отрицательная
нетребовательна к питательным средам, может расти в аэробных и анаэробных условиях, при 37°С
подвижна - перитрих (встречаются неподвижные штаммы)
Некоторые штаммы, особенно возбудители внекишечных инфекций, имеют полисахаридную капсулу
Лактозопозитивна (за исключением представителей EIEC, которые являются лактозонегативными на дифференциально-диагностических средах)

Общая характеристика, выделение и типирование E.coli (II)
Классический метод серотипирования включает идентификацию О-соматического (полисахарид) антигена и Н-жгутикового поверхностного антигена. На основании различий по О-антигену выделяют серогруппы
Антигенные различия внутри вида бактерий в зависимости от комбинации О-антигена, Н-антигена и, иногда, К-антигена позволяют выделить серотипы
В настоящий момент известно 174 О-антигена E.coli и 53 Н-антигена E.coli, в то же время, только небольшое количество О:Н комбинаций ассоциированы с заболеваниями

Общая характеристика, выделение и типирование E.coli (III)
Большинство патогенных E.coli - внеклеточные паразиты, но EIEC внутриклеточный патоген, способный внедряться и размножаться внутри эпителиальных клеток и макрофагов. Другие E.coli могут проникать в эпителиальные клетки в небольшом количестве, но не могут там размножаться
Патогенные E.coli имеют специфические факторы патогенности, которые позволяют им колонизировать тонкий кишечник и мочевыводящие пути

Факторы патогенности
Факторы адгезии
фимбрии (пили)
фимбриллы
наружные мембранные белки (интимин EHEC)
не фимбриальные адгезины
Токсины
термолабильный энтеротоксин (heat-labile enterotoxin (LT))
термостабильный энтеротоксин (heat-stabile enterotoxin (ST))
Шига-токсин (Shiga toxin (Stx), продуцируют EHEC. Токсин нарушает синтез белка и вызывает гибель эпителиальных клеток и эндотелиоцитов
Pic (протеаза с муциназной активностью) (некоторые EAEC)
шигелленый энтеротоксин 1 (Shigela enterotoxin 1 = ShET1), энтероаггрегативный E.coli ST (EAST1) (некоторые EAEC)

Shiga toxin-producing E.coli (STEC)
причина кровавой диареи, гемолитико-уремического синдрома (ОПН + микроангиопатическая гемолитичская анемия + тромбоцитопения)
Основной фактор патогенности (кодируются лямбда фагом) – Шига-токсин (Stx, известен также как вероцитотоксин (VT))
Энтерогеморрагическая E.coli (enterohemorrhagic = EHEC) является подтипом STEC и впервые описана в связи геморрагическим колитом. Самая значимая серогруппа О157:Н7. По клинической картине заболевание протекает как шигеллёз, но по генотипическим и фенотипическим характеристикам выделенная чистая культура E.coli была идентифицирована как STEC
6 серотипов EHEC: О26, О45, О103, О111, О121, О145, так называемая «большая шестерка»

Эпидемиология STEC
Резервуар: жвачные животные, особенно крупный рогатый скот
Механизм передачи инфекции: фекально-оральный
Пути передачи: алимментарный (непастеризованное молоко, сыры, фруктовые соки, салат, шпинат, грибы, колбаса); водный (купание в зараженных водоемах, питье инфицированной воды); контактный (контакт с фекалиями животных); возможна передача инфекции от человека к человеку
Инфицирующая доза 10 – 100 клеток

Клиническая картина STEC
разнообразна: от легкой водянистой диареи до кровавой диареи (геморрагический колит) с развитием гемолитико-уремического синдрома и тромбоцитопенической пурпуры.
Инкубационный период 1-8 дней (в среднем 3-4 дня). Начало характеризуется лихорадкой, болью в животе, рвота встречается у половины пациентов. Через 1-2 дня стул становится кровавым, у 10% пациентов моложе 10 лет или у старшего поколения заболевание прогрессирует с развитием гемолитико-уремического синдрома.
Гемолитико-уремический синдром характеризуется триадой признаков: анемия, тромбоцитопения, почечная недостаточность. Начальные симптомы включают олигурию, вплоть до анурии и отека.

Патогенез STEC
STEC способна переживать низкие значения рН в желудочно-кишечном тракте. Вызывая гемолитико-уремический синдром в результате Шига токсин связывается с клетками почек, вызывая гемолитико-уремический синдром.
Шига-токсин делится на два типа, оба типа кодирует профаг. Во время стресса бактериальной клетки фаг несущий ген «Шига-токсин» становится «литическим». Использование при лечении STEC-инфекции фторхинолонов и триметоприма вызывает увеличение продукции Stx2, в то время как азитромицин не приводит к реализации литического цикла фага.
Существует две формы Шига-токсина, не индуцирующих в организме перекрестного иммунитета.
Механизм действия Шига-токсина.
Шига-токсин связывается с глоботриаосилцерамидом (globotriaosylceramide = Gb3+) на поверхности эндотелиальных клеток, затем он интернализируется и переносится через аппарат Гольджи и эндоплазматический ретикулум в цитоплазму клетки, ингибируя синтез белка с последующей гибелью клетки. Во время инфекции STEC медиаторы воспаления (фактор некроза опухоли, ИЛ-1), а так же липополисахарид повышает число церамидных рецепторов на поверхности эукариотических клеток, увеличивая связывание Stx токсина с этими клетками.
Механизм транспорта Шига-токсина от полости кишечника через эпителий кишечника неизвестен. Предполагается, что STEC может переноситься с помощью М-клеток кишечника, выживая в макрофагах, что, возможно, приводит к освобождению Шига-токсина в кровеносную систему, и доставку его к клеткам-мишеням.

Идентификация STEC
количество STEC в микрофлоре испражнений может быть низким, часто < 1% (поэтому выделение STEC обязательно включает посев на среды обогащения)
Иммуномагнитное разделение (Immunomagnetic separartion = IMS)
Иммуномагнитные частицы покрыты поликлональными антителами, специфичными к основным серогруппам STEC (О157, О26, О111, О103, О145). Метод полностью автоматизирован и используется для выделения STEC из сред обогащения.
Использование метода иммуномагнитного разделения является «золотым стандартом» выделения E.coli О157 перед посевом на плотные питательным среды.
Для других STEC метод не стандартизован.
Культивирование на плотных питательных средах
Неспособность большинства E.coli О157 ферментировать сорбитол позволяет использовать среду сорбитол МакКонки агар (SMAC). Цексифим и теллурит калия могут быть добавлены в SMAC (CT-CMAC) повышая селективность сильно загрязненных проб. E.coli О157 образуют бесцветные колонии, отличаясь от STEC других серогрупп и другой микрофлоры.
Не смотря на то, что не-сорбитол ферментирующие E.coli О157 доминируют, сорбитол-ферментирующие E.coli О157 (неподвижные) являются причиной гемолитико-уремического синдрома в странах Европы и в Австралии. Сорбитол-ферментирующие E.coli О157 бактерии растут на среде SMAC в виде цветных колоний и теллурит калия (CT-SMAC) может ингибировать рост этих микроорганизмов. Эти микроорганизмы являются β-глюкуронидаза негативны (GUD), что является дополнительным методом для идентификации этих бактерий (включая сорбитол-ферментирующих E.coli О157).

Идентификация STEC
Иммунологические методы
Большинство коммерческих наборов направлено на выделение О157 STEC. Используются иммуноферментный анализ (ИФА).
Определение антител в сыворотке крови пациента к липополисахариду STEC методами ИФА и иммуноблоттинга.
Вероцитотоксичный метод
Способность STEC синтезировать Stx может быть обнаружена по способности этих цитотоксинов индуцировать цитопатический эффект на монослое клеток Vero, который наблюдается через 24 ч после инкубации.
Реакции латекс агглютинации позволяют определить Stx в фекалиях.
Молекулярные методы
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет определить гены, кодирующие факторы вирулентности.

Лечение STEC. Обычно инфекция, вызванная STEC, самостоятельно проходит в течение 7 дней. В настоящий момент нет путей для предотвращения развития гемолитико-уремического синдрома во время инфекции STEC.
Молекулы, секретируемые Lactobacillus acidophlus способны ингибировать адгезию к эпителиальным клеткам STEC О157:Н7. Применение Bifidobacterium spp. и Lactobacterium spp. также показало способность ингибировать рост STEC in vitro
Специфическая профилактика STEC не разработана

Enterotoxigenic E. coli (ETEC)
Самая частая причина диареи путешественников
Продуцирует термолабильный (LT) и/или термостабильный (ST) энтеротоксины
LT токсин кодируется хромосомой, ST кодируется плазмидой
LT токсин подобен токсину V.cholerae
Факторы адгезии - фимбрии
GM1, GD1b – поверхностные клеточные ганглиозды, с которыми связывается В-субъединица токсина

Эпидемиология ETEC
Болеют чаще дети < 2 лет и путешественники, посещающие развивающиеся страны.
Источник инфекции: больной человек и бессимптомный бактерионоситель.
Механизм передачи: фекально-оральный.
Пути передачи: водный, алиментарный.
Инфицирующая доза 106 – 108 клеток.

Патогенез ETEC
ETEC адгезируется на поверхности эпителиоцитов с помощью пилей и фимбрилл (кодируются плазмидой). Далее ETEC секретируют экзотоксины (LT и/или ST). В-компонент LT токсина, состоящий из 5 частей, связывается с ганглиозидом GM1 и доставляет А-субъединицу в клетку. LT имеет АДФ-рибозил трансферазную активность, в результате которой повышается уровень активность аденилатциклазы, что приводит к повышению уровня цАМФ, повышению секреции Cl- эпителиоцитами, что и определяет диарею.
ST токсин включает два класса STa и STb, отличающиеся структурой и механизмом действия. У человека встречается только STa токсин. STa связывается с гуанилатциклазой, повышая её активность, что приводит к увеличению уровня цГМФ и повышению секреции.

Клиническая картина ETEC
Водянистая диарея (от легкой до тяжелой формы), головная боль, лихорадка, боль в животе, тошнота, рвота.

Идентификация ETEC
Традиционно ETEC определяют по продукции энтеротоксинов LT/ST
Определение ST токсина проводят, используя петлю тонкой кишки кролика (биологический метод)
LT определяют:
в монослое mouse adrenal cells (Y1), Chinese hamster ovary (CHO), African green monkey kidney (Vero). Токсин присутствует в супернатанте и оказывает цитотоксичное действие на клетки
Реакция преципитациии (Biken тест) кроличьи АТ к LT добавляют в агар на котором будут культивировать чистую культуру. В случае, если культура секретирует LT будут видны линии преципитации
Определение как ST, так и LT возможно, используя методы ИФА и ПЦР.

Лечение. ETEC диарея самостоятельно излечивается, необходима оральная регидратация, в тяжелых случаях показана парентеральная регидратация. Назначение антибиотиков нецелесообразно.
Специфическая профилактика. Ducoral – оральная, инактивированная цельноклеточная вакцина, содержащая рекомбинантный холерный токсин. Вакцина рекомендована для путешественников, планирующих посетить страны с высокой заболеваемостью ETEC.

Enteroinvasive E.coli = EIEC
EIEC генетически, биохимически и патогенетически близко связана с бактериями рода Shigella. EIEC вызывает воспаление в толстом кишечнике, напоминающее бактериальную дизентерию, но большая часть случаев протекает с водянистой диареей.
Признаками EIEC является способность внедряться в эпителиоциты и распространяться от клетки к клетке.
Факторы вирулентности кодируются плазмидой. Подобная плазмида присутствует у Shigella.
EIEC насчитывает 21 серотип, которые определяют по О- и Н-антигену. В ряде случаев О-антиген EIEC по химической природе близок к О-антигену Shigell spp., обуславливая перекрёстные реакции.

Эпидемиология EIEC
Вспышки заболевания связаны с употреблением в пищу гамбургеров и непастеризованного молока.
Механизм передачи – фекально-оральный.
Пути передачи инфекции: водный, алиментарный, возможна передача через мух.

Патогенез EIEC
Ранняя стадия характеризуется проникновение EIEC в эпителиоциты толстого кишечника, с последующим лизисом эндоцитозной вакуоли, внутриклеточным размножением, прямым перемещением через цитоплазму и распространением на прилегающие эпителиоциты. Движение через цитоплазму опосредовано концентрированием клеточного актина на одном полюсе бактерии.
EIEC способна индуцировать апоптоз макрофагов.

Клиническая картина EIEC
Заболевание, вызванное EIEC, характеризуется развитием водянистой диареи, но встречаются случаи с клинической картиной шигеллёза (лихорадка, боль в животе, тенезмы, скудный стул с прожилками крови и слизи).

Идентификация EIEC
EIEC генетически, биохимически и патогенетически близка к Shigella spp.
Штаммы EIEC сложно дифференцировать с Shigella spp..
Инвазивный потенциал EIEC определяют, используя тест Серени (Sereny) – кератоконъюнктивальная проба на морских свинках или на клетках Hela (способность образовывать бляшки коррелирует с вирулентными характеристиками этих бактерий).
Молекулярно-генетические методы исследования (ПЦР) позволяют определить патотип-специфические генетические маркеры.
Идентификация выделенной чистой культуры возможна в реакции слайд-агглютинаци.

Лечение EIEC. Легкая и средняя степень течения заболевания требует оральной регидратации. В случае тяжелого заболевания рекомендована антибиотикотерапия (азитромицин, цефалоспорины 3-го поколения, фторхинолоны).
Специфическая профилактика EIEC не разработана

Enteropathogenic E. coli (EPEC)
Патогенность связана с повреждением эпителиальных клеток
Характерная гистологическая картина при инфекции, вызванной EPEC, носит название «attaching and effacing» (A/E) повреждения. Способность индуцировать А/Е повреждение кодируется геном в островке патогенности (pathogenicity island = PAI), именуемый островком стирания энтероцитов (locus enterocyte effacement = LEE). LEE кодирует наружный белок интимин, который опосредует тесное прикрепление EPEC к эпителиальным клеткам. Интимин выполняет не только функцию лиганда для эпителиальных клеток, но и стимулирует Th1 иммунный ответ и гиперплазию крипт тонкого кишечника
Диарея, вызванная EPEC НЕ связана с продукцией токсинов
BFP - bundle forming pilus, 1. начальная адгезия, 2. перемещение белка по III типу секреции, 3. формирование пьедестала

Эпидемиология EPEC
Резервуар: крупный рогатый скот, куры, собаки, кролики, обезьяны
Механизм передачи инфекции: фекально-оральный
Пути передачи: водный, алиментарный
Инфицирующая доза - 108 - 1010 клеток

Клиническая картина EPEC
лихорадка
рвота
дегидратация у детей < 2 лет
непереносимость коровьего молока
плохой «ответ» на оральную регидратацию

Идентификация EPEC
на идентификации факторов патогенности: A/E повреждение, используют микроскопию культуры клеток. При флюоресцентной окраске актина (fluorescent actin staining = FAS) используется флюоресцин изотиоцианат (fluorescin isothiocyonate = FITC) или родамин конъюгат фалоидин, которые флюоресцируют, показывая формирование пьедестала
исследование адгезии на клетках HEp-2 и HeLa
ПЦР
ДНК - гибридизация

Лечение
оральная регидратация
персистирующая инфекция требует назначение антимикробных препаратов, с обязательным определением чувствительности
Специфическая профилактика не разработана

Enteroaggregative E.coli = EAggEC
Характеризуется персистирующей диареей (> 14 дней)
EAEC штаммы характеризуются повышением секреции слизи и формированием слизисто-бактериальной биоплёнки
EAEC не синтезирует LT и ST, адгезия к HEp-2 известна как аутоаггрегация, при которой бактерии склеиваются друг с другом в форме сложенных кирпичей. Адгезия к клеткам HEp-2 обусловлена фимбриальными структурами, известными как аггрегативные адгерентные фимбрии (aggregative adherence fimbriae (AAFs)), которые связаны с Dr семейством адгезинов.
Некоторые EAEC вырабатывает токсины: Pic (протеаза с муциназной активностью) и шигелленый энтеротоксин 1 (Shigela enterotoxin 1 = ShET1), присутствующий у большинства штаммов Shigella flexneri 2a. Действие ShЕT1 не до конца понятно, может быть, он обуславливает диарею, которая сопровождает EAEC и шигеллезную инфекцию. Второй энтеротоксин, который присутствует у большинства EAEC – это энтероаггрегативный E.coli ST (EAST1).

Enteroaggregative E. coli (EAggEC)
Вызывает острую и персистирующую диарею, особенно в развивающихся странах
Факторы патогенности не до конца изучены
Факторы адгезии
ST-подобный токсин (продуцируют НЕ все штаммы)
Лабораторная DS-ка EAggEC
Адгезия к клеткам Нер-2

Эпидемиология EAggEC
Болеют взрослые и дети, как в развивающихся странах, так и в развитых
Источник инфекции больной человек и бессимптомный бактерионоситель
Механизм передачи: фекально-оральный
Пути передачи: водный, алиментарный (салаты, десерты, сальса)

Патогенез EAggEC
Адгезия к клеткам тонкого кишечника с помощью фимбриальных (AAF) и не фимбриальных адгезинов. Далее происходит продукция токсинов, с повреждение цитоскелета эпителиальных клеток, накопление цАМФ, с развитием водянистой диареи. Во время развития инфекции выделяется много IL-8, который приводит к рекрутингу лейкоцитов с дальнейшим развитием воспалительной диареи.

Клиническая картина EAggEC
Наблюдается водянистая секреторная диарея, часто со слизью, сопровождающаяся небольшой лихорадкой, тошнотой, рвотой, болями в животе, иногда с кровью. У добровольцев, заражённых EAggEC наблюдается слизистая диарея, небольшого объёма, без скрытой крови или лейкоцитов, с отсутствием лихорадки

Идентификация EAggEC
«Золотым стандартом» идентификации EAEC является заражение культуры клеток HEp-2 колониями, выращенных на бульоне Luria, с дальнейшей инкубацией в течение 3 ч, с последующей микроскопией для обнаружения аггрегативно-адгерентного участка (aggregative adherence pattern). Палочки располагаются в линию одним слоем на поверхности клеток. Метод не позволяет отличить патогенные штаммы от непатогенных
ПЦР генов, кодирующих факторы вирулентности.

Diffusely adherent E. coli (DAEC)
Вызывает инфекцию мочевой системы, но описаны случаи диареи у детей < 12 мес.
DAEC включает гетерогенную группу микроорганизмов с различными факторами вирулентности, которые включают факторы адгезии к Hep-2 клеткам. DAEC разделяют на два класса: имеющие афимбриальный адгезин (Afa)/Дрори антиген (Dr) и экпрессирующие адгезины вовлеченные в диффузную адгезию и обуславливающие диарею у детей
75 % штаммов имеет F1845 фимбриальный адгезин
DAF (decay-accelerating factor)

Эпидемиология DAEC
Источник инфекции: больной человек и бессимптомный бактерионоситель.
Механизм передачи: фекально-оральный.
Пути передачи: алиментарный, водный.
Патогенез плохо изучен, связан с факторами адгезии.
Клиническая картина. Водянистая диарея, которая может стать персистирующей от 18 месяцев до 5 лет. Взрослые являются бессимптомными носителями.
Идентификация. Молекулярно-генетические методы для определения генетических последовательностей, отвечающие за экспрессию адгезинов.

Лечение DAEC. Оральная регидратация. Все DAEC чувствительны к цетазидиму, гентамицину, офлоксацину, налидиксовой кислоте.
Специфическая профилактика DAEC не разработана

Adherent invasive E.coli = AIEC
Адгерентно-инвазивная E.coli один из инфекционных агентов, участвующих в развитии болезни Крона
AIEC это не единственный возможный этиологический агент болезни Крона. В настоящий момент считается, что болезнь Крона являются многофакторным заболеванием. Её возникновение обусловлено генетической предрасположенностью человека, составом кишечной микробиоты, факторами окружающей среды и патогенными представителями кишечной флоры.
AIEC не экспрессирует факторы патогенности, которые можно обнаружить у других патотипов E.coli и генетическая основа их провоспалительного и инвазивного фенотипа не понятна.
AIEC высоко вариабельны по О:Н серотипам, но чаще всего встречаются О6 и О22 серотип.

AIEC
Эпидемиология. У 30 % пациентов с болезнью Крона обнаруживается AIEC.
Патогенез плохо изучен.
Клиническая картина. Боль, лихорадка, диарея.
Идентификация. Основана на способность повреждать эпителий, выживать и размножаться в макрофагах.
Лечение. Разрабатываются лекарственные препараты, блокирующие адгезию.
Специфическая профилактика. В настоящий момент вакцин для клинического применения не существует.