Escherichiosen (geslacht Escherichia, E. coli)

De belangrijkste vertegenwoordiger van het geslacht Escherichia - E. coli - werd voor het eerst ontdekt in 1885 door T. Escherich, naar wie dit geslacht zijn naam kreeg. Belangrijkste kenmerken van dit geslacht: peritricheus (of niet-beweeglijk), fermenteert lactose met de vorming van zuur en gas (of lactose-negatief), groeit niet op een voedingsbodem met citraat, de Voges-Proskauer-reactie is negatief, de MR-test is positief, bevat geen fenylalaninedeaminase, groeit niet op een voedingsbodem met KCN, het G+C-gehalte in DNA is 50-51 mol%.

Het geslacht Escherichia omvat minstens 7 soorten; van bijzonder belang in de geneeskunde is de soort E. coli, met name de varianten die ziekten bij de mens veroorzaken. Ze worden onderverdeeld in twee hoofdgroepen: de soorten die extra-intestinale ziekten veroorzaken en de soorten die acute darmziekten (AID) veroorzaken. Vertegenwoordigers van de eerste groep worden onderverdeeld in drie pathologische groepen:

1. meningeaal (MENEC - meningitis E. coli);
2. bloedvergiftiging (SEPEC - bloedvergiftiging E. coli) en
3. uropathogene (UPEC - uropathogene E. coli).

De E. coli-varianten die acute luchtweginfecties veroorzaken, werden aanvankelijk onderverdeeld in de volgende vier categorieën: enterotoxigene E. coli (ETEC); entero-invasieve E. coli (EIEC); enteropathogene E. coli (EPEC) en enterohemorragische E. coli (EHEC). Vervolgens werden nog twee categorieën geïdentificeerd: enteroaggregatieve E. coli (EAEC) en diffuus aggregatieve E. coli (DAEC).

Bovendien wordt E. coli in internationale normen gebruikt als indicator voor de mate van fecale verontreiniging van water, met name drinkwater, en voedselproducten.

De standaardstam van E. coli (E. coli K-12) wordt in laboratoria in veel landen over de hele wereld veelvuldig gebruikt om de genetica van bacteriën te bestuderen.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Morfologie

E. coli is een facultatief anaeroob en groeit goed op conventionele voedingsmedia. Kolonies op agar zijn rond, convex en doorschijnend. Groei op bouillon vindt plaats in de vorm van diffuse troebelheid. De optimale groeitemperatuur is 37 °C, de groei vindt plaats in het bereik van 10 tot 45 °C en de optimale pH is 7,2-7,5. Op alle differentiële diagnostische media worden kolonies van E. coli die lactose afbreken gekleurd in de kleur van de indicator (op Endo-medium - donkerrood met een metaalachtige glans).

Biochemische eigenschappen

In de meeste gevallen kan E. coli de volgende koolhydraten fermenteren tot zuur en gas: glucose, lactose, mannitol, arabinose, galactose, soms sucrose en enkele andere koolhydraten; vormt indool; vormt doorgaans geen H₂S _; reduceert nitraten tot nitrieten, maakt gelatine niet vloeibaar, groeit niet op een voedingsbodem met citraat, reageert positief met MR en negatief met Voges-Proskauer. Aan de hand van deze kenmerken kan de bacterie gemakkelijk worden onderscheiden van pathogenen van een aantal ziekten (dysenterie, tyfus, salmonellose, enz.). Pathogene E. coli onderscheidt zich echter vaak niet van niet-pathogene soorten, noch qua culturele noch qua biochemische eigenschappen.

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

Pathogene factoren van E. coli

Het vermogen van E. coli om verschillende ziekten te veroorzaken, komt door de aanwezigheid van de volgende pathogeniciteitsfactoren:

Adhesie- en kolonisatiefactoren. Deze zijn noodzakelijk voor hechting aan weefselcellen en hun kolonisatie. Er zijn drie varianten van de kolonisatiefactor ontdekt: a) CFA/I-CFA/VI (kolonisatiefactor) - deze hebben een fimbriale structuur; b) EAF (enteropathogene E. coli-adhesiefactor) - intimine - een buitenmembraaneiwit, gecodeerd door het eaeA-gen. Gevonden in 4 en EHEC, wordt het gedetecteerd door het vermogen van bacteriën om te hechten aan Hep-2-cellen; c) Adhesie Henle-407 - fimbriale structuren, gedetecteerd door het vermogen van bacteriën om te hechten aan Henle-407-cellen. Al deze worden gecodeerd door plasmidegenen. Daarnaast zijn er nog andere kolonisatiefactoren beschreven, waaronder bacteriële lipopolysacchariden.

Invasiefactoren. Met hun hulp dringen EIEC en EHEC bijvoorbeeld de darmepitheelcellen binnen, vermenigvuldigen zich erin en veroorzaken hun vernietiging. De rol van invasiefactoren wordt vervuld door eiwitten van het buitenmembraan.

Exotoxinen. Er zijn exotoxinen aangetroffen in pathogene E. coli die membranen beschadigen (hemolysine), de eiwitsynthese remmen (shigatoxine) en secundaire boodschappers (boodschapper - communicatie) activeren: toxinen CNF, ST, CT, CLTD en EAST.

Hemolysinen worden geproduceerd door verschillende pathogenen, waaronder E. coli. Hemolysine is een porievormende toxine. Het bindt zich eerst aan het doelcelmembraan en vormt er vervolgens een porie in, waardoor kleine moleculen en ionen in en uit kunnen dringen, wat leidt tot celdood en lysis van rode bloedcellen.

Shiga-toxine (STX) werd voor het eerst ontdekt in Shigella dysenteriae, en vervolgens werd een vergelijkbaar toxine (Shiga-achtig toxine) gevonden in EHEC. Het toxine (N-glycosidase) blokkeert de eiwitsynthese door interactie met 28S rRNA, wat resulteert in celdood (cytotoxine). Er zijn twee soorten Shiga-achtige toxines: STX-1 en STX-2. STX-1 is qua antigene eigenschappen vrijwel identiek aan Shiga-toxine, terwijl STX-2 verschilt van Shiga-toxine in zijn antigene eigenschappen en, in tegenstelling tot STX-1, niet wordt geneutraliseerd door antiserum. De synthese van STX-1 en STX-2 cytotoxines wordt in E. coli gereguleerd door de genen van de matig converterende profaag 9331 (STX-1) en 933W (STX-2).

• Toxine L (hittegevoelig toxine) is een ADP-ribosyltransferase; door binding aan een G-proteïne veroorzaakt het diarree.
• ST-toxine (thermostabiele toxine) interageert met de guanylaatcyclase-receptor, stimuleert de activiteit ervan en veroorzaakt diarree.
• CNF (cytotoxische necrotische factor) is een deamidase-eiwit dat zogenaamde RhoG-eiwitten beschadigt. Dit toxine komt voor in UPEC, wat urineweginfecties veroorzaakt.
• CLTD-toxine is een cytolethaal desintegrerend toxine. Het werkingsmechanisme is nog niet goed begrepen.
• EAST-toxine is een hittestabiel toxine van enteroaggregatieve E. coli (EAEC), waarschijnlijk vergelijkbaar met hittestabiel toxine (ST).

Endotoxinen zijn lipopolysacchariden. Ze bepalen de antigene specificiteit van bacteriën (die bepaald wordt door de repeterende zijketen van suikers) en de vorm van de kolonies (verlies van zijketens leidt tot de transformatie van S-kolonies in R-kolonies).

De pathogeniciteitsfactoren van E. coli worden dus niet alleen aangestuurd door de chromosomale genen van de gastheercel, maar ook door genen die worden geïntroduceerd door plasmiden of gematigde converterende fagen. Dit alles wijst op de mogelijkheid van het ontstaan van pathogene varianten van E. coli als gevolg van de verspreiding van plasmiden en gematigde fagen onderling. Hieronder volgt een korte beschrijving van vier categorieën E. coli die acute luchtweginfecties veroorzaken; informatie over de recent geïdentificeerde categorieën DAEC en EAEC is niet gevonden in de ons ter beschikking staande bronnen.

ETEC omvat 17 serogroepen. De adhesie- en kolonisatiefactoren van de fimbriale structuur van het CFA-type en enterotoxinen (LT of ST, of beide) worden gecodeerd door hetzelfde plasmide/dezelfde plasmiden. Ze koloniseren de villi zonder ze te beschadigen. Enterotoxinen veroorzaken een verstoring van de water-zoutstofwisseling. De lokalisatie van het proces is de dunne darm. De infectieuze dosis bedraagt 108-1010 cellen. De ziekte verloopt als cholera-achtige diarree. De epidemie wordt veroorzaakt door water, minder vaak door voedsel. Kinderen van 1 tot 3 jaar en volwassenen worden getroffen.

EIEC omvat 9 serogroepen, pathogeniciteit wordt geassocieerd met het vermogen om door te dringen in de epitheelcellen van het darmslijmvlies en zich daarin te vermenigvuldigen, waardoor ze worden vernietigd. Deze eigenschappen worden, naast chromosomale genen, gecodeerd door plasmidegenen (140 MD). Het plasmide codeert voor de synthese van eiwitten van het buitenmembraan, die de invasie bepalen. Zowel het plasmide zelf als de eiwitten die het codeert, zijn verwant aan die van dysenteriepathogenen, wat de gelijkenis van EIEC met shigella verklaart. De infectieuze dosis is 10s cellen. Lokalisatie van het proces is het onderste deel van het ileum en de dikke darm. De ziekte verloopt als dysenterie: aanvankelijk waterige diarree, vervolgens colitisch syndroom. Kinderen van 1,5-2 jaar oud, adolescenten en volwassenen zijn ziek. Type uitbraken - voedsel, water.

Epidemiologie

E. coli is een vertegenwoordiger van de normale microflora in het darmkanaal van alle zoogdieren, vogels, reptielen en vissen. Om de vraag te beantwoorden welke varianten van E. coli escherichiose veroorzaken en waarom, was het daarom noodzakelijk om de antigeenstructuur te bestuderen, een serologische classificatie te ontwikkelen die nodig is om pathogene serovarianten te identificeren, en te achterhalen welke pathogeniciteitsfactoren ze bezitten, oftewel waarom ze verschillende vormen van escherichiose kunnen veroorzaken.

E. coli heeft 171 O-antigeenvarianten (01-0171), 57 H-antigeenvarianten (H1-H57) en 90 oppervlakte- (capsulaire) K-antigeenvarianten. In werkelijkheid zijn er echter 164 O-antigeengroepen en 55 H-antigeenserovarianten, aangezien enkele van de eerdere 0:H-serogroepen uit de E. coli-soorten zijn uitgesloten, maar de rangtelwoorden van de O- en H-antigenen ongewijzigd zijn gebleven. De antigene kenmerken van diarree veroorzakende E. coli omvatten de O- en H-antigeennummers, bijvoorbeeld 055:116; 0157:H7; O-antigeen geeft aan dat het tot een bepaalde serogroep behoort, en H-antigeen is de serovariant ervan. Daarnaast bracht een diepgaander onderzoek naar O- en H-antigenen de zogenaamde factor O- en H-antigenen aan het licht, d.w.z. hun antigene subvarianten, zoals H2a, H2b, H2c of O20, O20a, O20ab, enz. In totaal omvat de lijst van diarreeveroorzakende E. coli 43 O-serogroepen en 57 OH-serovarianten. Deze lijst wordt voortdurend aangevuld met nieuwe serovarianten.

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Symptomen

De groep omvat 9 klasse 1 serogroepen en vier klasse 2 serogroepen. Klasse 1 serogroepen hebben een plasmide (60 MDa) dat de synthese van de adhesie- en kolonisatiefactor van het EAF-type reguleert. Het wordt vertegenwoordigd door een eiwit gelokaliseerd in het buitenmembraan en wordt gedetecteerd door het vermogen van bacteriën om zich te hechten aan HEp-2-cellen. Het eiwit heeft een molecuulgewicht van 94 kDa. Klasse 2 serogroepen hebben dit plasmide niet; hun pathogeniciteit is te wijten aan enkele andere factoren. Sommige stammen van beide klassen zijn in staat gebleken STX te synthetiseren. 4 koloniseren het plasmamembraan van enterocyten, waardoor schade aan het epitheeloppervlak ontstaat met de vorming van erosies en matige ontsteking. De infectieuze dosis is 105-1012 ^cellen. Het proces is gelokaliseerd in de dunne darm. De ziekte wordt gekenmerkt door waterige diarree en ernstige uitdroging. Meestal zijn kinderen in het eerste levensjaar ziek. De besmetting vindt plaats via contact met het huishouden, en minder vaak via voedsel.

Serogroepen EIEC en 4 zijn de meest voorkomende oorzaken van nosocomiale uitbraken.

EHEC's produceren de cytotoxinen STX-1 en STX-2. Ze veroorzaken hemorragische colitis bij mensen met ernstige complicaties zoals hemolytische uremie en trombotische trombocytopenische purpura. De toxinen vernietigen de endotheelcellen van kleine bloedvaten. De vorming van bloedstolsels en fibrineafzetting leiden tot een verminderde bloedstroom, bloedingen, ischemie en necrose in de celwand. Uremisch hemolytisch syndroom kan fataal zijn. EHEC's worden vertegenwoordigd door vele serotypen (-150), maar de belangrijkste epidemiologische rol wordt gespeeld door E. coli 0157-H7 en zijn flagellaatmutant E. coli 0157:NM, aangezien alleen zij STX produceren. Deze bacteriestammen kunnen slechts één van de cytotoxinen of beide tegelijkertijd afscheiden. Men vermoedt dat runderen en schapen de natuurlijke reservoirs zijn van EHEC-serotypen, waaronder E. coli 0157:H7. De meest voorkomende infectieroute is via voedsel (vlees, met name gehakt; melk). E. coli 0157:H7 is uitzonderlijk resistent tegen ongunstige factoren. Dit draagt bij aan de overleving en voortplanting ervan in diverse producten. Besmetting is mogelijk via contact met huishoudelijke artikelen. De ziekte begint acuut: darmkrampen treden op, gevolgd door diarree, eerst waterig en vervolgens bloederig. Kinderen en volwassenen zijn ziek. Een ziek persoon is besmettelijk.

Laboratoriumdiagnostiek

Deze test is gebaseerd op de isolatie van een zuivere kweek van de ziekteverwekker en de identificatie ervan, evenals op het testen van toxines met behulp van PCR. De verwekker van escherichiose wordt geïdentificeerd met behulp van een set polyvalente OK-sera en een set geadsorbeerde sera die alleen antilichamen tegen bepaalde antigenen bevatten. Een keratoconjunctivale test kan worden gebruikt om EIEC te identificeren. Sommige vertegenwoordigers van EIEC zijn immobiel en fermenteren lactose en salicine niet. De identificatie van E. coli 0157:H7 wordt vergemakkelijkt door het onvermogen om sorbitol te fermenteren (endomedium met sorbitol wordt gebruikt in plaats van lactose). Het is echter het beste om PCR-testsystemen te gebruiken voor de identificatie en differentiatie van OKZ-pathogenen (alle categorieën). Indien nodig wordt de gevoeligheid van de geïsoleerde pathogenen voor antibiotica bepaald.

Behandeling van E. coli

Er worden verschillende antibiotica gebruikt. Orale zoutoplossingen worden gebruikt om de verstoorde water-zoutstofwisseling te herstellen. Ze worden geproduceerd in cellofaanzakjes in de vorm van poeders met 3,5 g NaCl; 2,5 g NaHC03; 1,5 g KCl en 20,0 g glucose, opgelost in 1 liter water.