Кишечная палочка (E. coli) представляет собой комменсал (нормальную флору) кишечника человека и теплокровных животных. Большинство штаммов кишечной палочки безвредны, некоторые даже приносят пользу хозяевам, производя в кишечнике витамин К. Однако отдельные штаммы могут вызывать тяжелые заболевания пищевого происхождения.
Некоторые штаммы кишечной палочки трансформировались в патогенные Escherichia coli через приобретение факторов вирулентности посредством плазмидов, транспозонов, бактериофагов или островков патогенности. Патогенные кишечные Escherichia coli можно разделить на четыре штамма в зависимости от механизма, вызывающего диарею. Они бывают энтерогеморрагическими, или веротоксигенными, энтеротоксигенными, энтеропатогенными и энтероинвазивными, или энтероагрегативными.
Штаммы Escherichia coli, продуцирующие экзотоксины, могут вызывать водянистую диарею и кровавую диарею в зависимости от экзотоксина, который они производят. Например, энтеротоксигенные штаммы Escherichia coli считаются частой причиной водянистой диареи (также известной как диарея путешественников).
Энтерогеморрагическая кишечная палочка
Энтерогеморрагическая E. coli также упоминается как E. coli, продуцирующая вероцитотоксин (VTEC), или E. coli, продуцирующая шигаподобный токсин. Энтерогеморрагическая E. coli относится к веротоксигенным E. coli (поскольку они продуцируют один или оба вероцитоксина vt1 и vt2).
Заражение энтерогеморрагической кишечной палочкой приводит к дизентерийному синдрому, характеризующемуся кровавой диареей, спазмами в животе и лихорадочному состоянию, аналогичной тому, которое вызывается бактериями рода шигелла (Shigella).
Энтеротоксигенная кишечная палочка
Диарея, вызываемая энтеротоксигенной кишечной палочкой, обычно водянистая, самокупирующаяся и непродолжительная (1–3 дня). Передается через зараженную пищу и воду.
Энтеропатогенная кишечная палочка
Энтеропатогенная кишечная палочка считается одним из диареегенных патотипов кишечной палочки. Это одна из основных причин персистирующей диареи у детей. Она идентифицируется на основе наличия специфических генов вирулентности.
Энтероинвазивная кишечная палочка
Энтероинвазивные E. coli один из значимых патотипов E. coli, представляют собой группу внутриклеточных патогенов, способных проникать в эпителиальные клетки толстой кишки, размножаться внутри них и перемещаться между соседними клетками по механизму, сходному с шигеллами. Энтероинвазивные E. coli — этиологические возбудители бациллярной дизентерии у людей.
| Штаммы кишечной палочки | Факторы вирулентности | Болезнь |
| Энтеротоксигенная кишечная палочка (ETEC) | Пили способствует колонизации в желудочно-кишечном тракте. Термолабильные (LT) и термостабильные (ST) энтеротоксины опосредуют секрецию воды и электролитов в просвет кишечника. | Диарея путешественников и детей, характеризующаяся обильным, водянистым стулом. |
| Энтероинвазивная кишечная палочка (EIEC) | Факторы вирулентности неизвестны, но организм проникает в энтероциты, выстилающие толстую кишку, способом, почти идентичным Shigella spp. | Дизентерия; обычно наблюдается у маленьких детей, живущих в районах с плохими санитарными условиями. |
| Энтеропатогенная кишечная палочка (EPEC) | Образующие пучки ворсинок, интимин и другие факторы опосредуют прикрепление организма к клеткам слизистой оболочки тонкой кишки, что приводит к изменениям клеточной поверхности (т.Е. к потере микроворсинок) | Диарея у младенцев в развивающихся странах; может вызывать хроническую диарею. |
| Энтерогеморрагическая кишечная палочка (STEC) | Токсин, подобный токсину Шига, вырабатываемому Shigella dysenteriae. Наиболее часто ассоциируется с определенными серотипами, такими как E. coli O157: H7 | Геморрагический колит также можетпривести к гемолитико-уремическому синдрому (ГУС). |
| Энтероагрегативная кишечная палочка (EAEC) | Вероятно, включает связывание с пили, ST-подобными и гемолизоподобными токсинами; фактический патогенез неизвестен. | Водянистая диарея |
Заболевания, вызываемые кишечной палочкой
Содержание статьи
- Инфекции мочевыводящих путей: E.coli — наиболее частая причина как внебольничных, так и внутрибольничных инфекций мочевыводящих путей. Кишечная палочка вызывает более 75% случаев инфекций мочевыводящих путей.
- E.coli считается второй по значимости причиной сепсиса, вызванного грамотрицательными палочками.
- Перинатальная инфекция E.coli (воздействие на новорожденного E.coli, колонизированных в родовых путях матери во время естественных родов) — преобладающая причина неонатального менингита.
- Энтеротоксигенная кишечная палочка вызывает диарею путешественников (водянистая диарея).
- Энтерогеморрагические штаммы E.coli (т.е. кишечная палочка, продуцирующая токсин шига-STx) вызывают кровавую диарею и гемолитико — уремический синдром.
Характеристики кишечной палочки
- Окраска по Граму: Escherichia coli представляет собой прямую грамотрицательную короткую палочку или бациллу.
- Клетки кишечной палочки представляют собой мелкие палочки длиной 1,0-2,0 мкм, радиусом около 0,5 мкм. Однако размер зависит от среды, и быстрорастущие клетки крупнее.
- E. coli считаются наиболее распространенным факультативным анаэробом в толстой кишке и фекалиях.
- Время генерации (удвоения) кишечной палочки составляет 20 минут.
- E.coli ферментируют лактозу, образуя розовые колонии в агаре МакКонки (это свойство отличает E.coli от сальмонеллы и шигеллы — двух наиболее распространенных кишечных патогенов).
- Антигенные свойства: существует более 1000 антигенных типов кишечной палочки:
- О-антигены клеточной стенки (> 150 типов);
- Н-жгутиковый антиген (>50 типов);
- К-капсулярный антиген (>90 типов).
Диагностические признаки Escherichia coli
- Морфология колоний — E.coli ферментирует лактозу и образует розовые колонии на агаре Макконки. Типичные колонии кишечной палочки на агаре Макконки выглядят розовыми и блестящими и имеют диаметр от 0,5 до 1 мм после ночной инкубации. Внешний вид колонии варьируется от серого до белого, от прозрачного до непрозрачного, от выпуклого до плоского на пластинах с кровяным агаром. Однако некоторые E.coli, принадлежащие к группе Alcaligenes — Dispar (A-D), на агаре Макконки могут ферментироваться без лактозы (E.coli O157: H7 не ферментирует сорбит, что служит важным критерием, отличающим его от других штаммов E. coli).
- На агаре с эозинометиленовым синим кишечная палочка приобретает характерный зеленый блеск.
Биохимические тесты
Важные биохимические тесты на кишечную палочку приведены в таблице ниже
| Характеристики | Кишечная палочка |
| Тест на каталазу | Положительный |
| Тест на оксидазу | Отрицательный |
| Тест с метиловым красным | Положительный |
| Реакция Фогеса-Проскауэра | Отрицательный |
| Цитратный тест | Отрицательный |
| Тест на индол | Положительный |
| Тест на пирролидонил-β-нафтиламид | Отрицательный |
| Тест на уреазу | Отрицательный |
| Окислительно-ферментативный тест | Ферментативный |
| Тест бета-глюкуронидаза | Положительный |
| TSI агар | Кислота / Кислота, газ, |
| SIM (полужидкая среда) | Нет H2s, индол + ve, подвижный |
| Подвижность | Подвижный |
| Тест на фенилпировиноградную кислоту(качественная реакция) | Отрицательный |
| Тест на декарбоксилирование лизина | + |
| Тест на декарбоксилирование аргинина | -/+ (изменчивость штамма) |
| Тест на декарбоксилирование орнитина | +/- (изменчивость штамма) |
| ONPG (тест на β-галактозидазу) | + |
| Тест на ферментацию углеводов | |
| Глюкоза | ДА |
| Лактоза | ДА |
| Окислительно-ферментативный тестс маннитом | ДА |
Тестирование чувствительности к противомикробным препаратам
Тестирование чувствительности к противомикробным препаратам проводится диско-диффузионным методом. Для выявления E.coli, продуцирующих Бета-лактамазы расширенного спектра действия, изолят, подвергаемый скринингу, должен обладать множественной лекарственной устойчивостью и проявлять устойчивость по крайней мере к одному из цефалоспоринов третьего поколения.
Бета-лактамазы расширенного спектра действия (БЛРС) представляют собой быстро развивающуюся группу бета-лактамаз, которые могут гидролизовать цефалоспорины третьего поколения и азтреонам, но ингибируются клавулановой кислотой. Повышение резистентности E. coli к цефалоспоринам третьего поколения преимущественно связано с продукцией БЛРС. Эти плазмид — опосредованные ферменты в основном развились в результате точечных мутаций классических TEM-1 и SHV-1 β-лактамаз.
Скрининг-тест на бета-лактамазы расширенного спектра действия, продуцирующий кишечную палочку
Изоляты, имеющие размер зоны ингибирования ≤ 22 мм для цефтазидима (30 мкг), ≤ 25 мм для цефтриаксона (30 мкг) и ≤ 27 мм для цефотаксима (30 мкг), идентифицируются как потенциальные продуценты бета-лактамазы расширенного спектра действия.
Подтверждающие тесты на бета-лактамазы расширенного спектра действия
Подтвердить продуцентов бета-лактамазы расширенного спектра действия могут два фенотипических метода:
Метод комбинированного диска
Этот тест требует использования диска с цефалоспориновым антибиотиком третьего поколения отдельно или в сочетании с клавулановой кислотой. В этом исследовании используется диск с цефтазидимом (30 мкг) / цефотаксимом (30 мкг) / цефподоксимом (30 мкг) и диск с соответствующей клавулановой кислотой, либо с цефтазидим –клавулановой кислотой (30 мкг / 10 мкг) / цефотаксим – клавулановой кислотой (30/10 мкг) / цефподоксимом – клавулановой кислотой (30/10 мкг). Оба диска помещают на расстоянии не менее 25 мм друг от друга, центр к центру, на газонную культуру тестируемого изолята на чашке с агаром Мюллера-Хинтона (MHA) и инкубируют в течение ночи при 37°C. Измеряют разницу диаметров зон с клавулановой кислотой и без нее.
Интерпретация: увеличение на ≥ 5 мм диаметра зоны ингибирования вокруг комбинированного диска цефалоспорин — клавулановой кислоты по сравнению с диаметром зоны ингибирования вокруг диска только цефалоспорина подтверждает продукцию бета-лактамазы расширенного спектра действия.
Метод синергии двойного диска
Для этого теста требуются два диска с цефалоспорином третьего поколения: цефотаксим, цефтазидим или цефподоксим. Диск с цефтазидимом 30 мкг и диск с амоксициллином + клавулановая кислота 20+10 мкг помещают на расстоянии 25–30 мм друг от друга, центр к центру, на газонную культуру тестируемого изолята на чашке с агаром Мюллера-Хинтона (MHA). Инкубируется в течение ночи на воздухе при 37°С.
Интерпретация: производство бета-лактамазы расширенного спектра действия. предполагается, когда клавуланат расширяет зону ингибирования вокруг цефтазидимового диска наподобие клеверного листа.
Уропатогенная кишечная палочка
Уропатогенные штаммы Escherichia coli вызывают от 70 до 90% внебольничных инфекций мочевыводящих путей у примерно 150 миллионов человек в год и около 40% всех внутрибольничных инфекций мочевыводящих путей. С инфекциями мочевыводящих путей связаны различные гены вирулентности, опосредованными Escherichia coli.
Уропатогенные штаммы Escherichia coli проявляют отличительные бактериальные свойства, продукты или структуры (факторы вирулентности), помогающие им преодолевать защитные силы хозяина и колонизировать или проникать в мочевыводящие пути.
По сравнению с комменсальной E. coli, уропатогенные E. coli лучше адаптируются к уретре и вызывают большую долю инфекций мочевыводящих путей. Чем больше факторов вирулентности экспрессирует штамм, тем более тяжелую инфекцию он может вызвать.
К факторам вирулентности, имеющим признанное значение в патогенезе инфекции мочевыводящих путей относятся:
- Адгезины (фимбрии P, некоторые другие устойчивые к маннозе адгезины и фимбрии типа 1): прикрепляясь к структурам хозяина, они избегают смывания с нормальным потоком мочи и элиминируются. Прикрепление — необходимый первый шаг в колонизации и прецедентом инвазивной инфекции во многих ситуациях.
- K-антиген (капсулярный полисахарид): они покрывают клетку, препятствуя обнаружению 0-антигена и защищая ее от механизмов защиты хозяина. Капсула обладает антифагоцитарной и антикомплементарной активностью. Степень нарушения фагоцитоза пропорциональна количеству полисахаридов.
- Устойчивость к уничтожению сывороткой: кислые капсулярные полисахариды и капсула Kl способствуют вирулентности, защищая бактерии от фагоцитоза и от уничтожения сывороткой, частично путем блокирования активации альтернативного пути комплемента.
- Гемолизин: цитолитический белковый токсин, лизирующий эритроциты всех млекопитающих.
- Система аэробактина: E.Coli использует аэробактин для секвестрации железа.
Инфекции Escherichia coli
Острый бактериальный менингит
Подавляющее большинство случаев неонатального менингита вызывается Escherichia coli и стрептококковой инфекцией группы В (всего 28,5% и 34,1% соответственно). Беременные женщины имеют более высокий риск колонизации штаммом капсулярного антигена K1 кишечной палочки. Этот штамм также часто наблюдается при неонатальном сепсисе, при котором смертность составляет 8%; большинство выживших имеют последующие неврологические аномалии или аномалии развития. У взрослых E-колименингит практически не встречается, но может возникать после нейрохирургических травм, процедур или осложнений гиперинфекции Strongyloides stercoralis, поражающей ЦНС.
Пневмония
Инфекции дыхательных путей, обусловленные Escherichia coli , встречаются редко и почти всегда связаны с инфекциями мочевыводящих путей, вызываемыми кишечной палочкой. Никаких факторов вирулентности не выявлено. У тяжелобольных пациентов пневмония, вызванная кишечной палочкой, может быть результатом микроаспирации секрета верхних дыхательных путей, ранее колонизированного этим микроорганизмом. Следовательно, это причина нозокомиальной пневмонии. Однако пневмония, вызванная кишечной палочкой, также может быть внебольничной у пациентов с сопутствующими заболеваниями, такими как сахарный диабет, алкоголизм, хроническая обструктивная болезнь легких и инфекция мочевыводящих путей, вызванная Escherichia coli . Пневмония кишечной палочки обычно проявляется бронхопневмонией нижних долей и может осложняться эмпиемой. Бактериемия может предшествовать пневмонии и обычно, ее возникновение обусловлено другим очагом инфекции Escherichia coli в мочевыводящих или желудочно-кишечных путях.
Внутрибрюшные инфекции
Интраабдоминальные инфекции E. coli часто возникают в результате перфорации внутренних органов (например, дивертикула) или могут быть связаны с интраабдоминальным абсцессом, холециститом и восходящим холангитом. Больные сахарным диабетом также имеют высокий риск развития пилефлебитов воротной вены и абсцессов печени.
Внутрибрюшные абсцессы обычно полимикробны и могут быть вызваны спонтанной или травматической перфорацией желудочно-кишечного тракта или после разрыва анастомоза с вытеканием содержимого толстой кишки и последующим перитонитом. Их можно наблюдать в послеоперационном периоде после разрыва анастомоза. Абсцессы часто могут быть полимикробными, и кишечная палочка считается одной из наиболее распространенных грамотрицательных палочек, наблюдаемых вместе с анаэробами.
Холецистит и холангит возникают в результате закупорки желчевыводящих путей желчным камнем или осадком. При нарушении оттока желчи кишечные микроорганизмы, включая кишечную палочку, колонизируют тощую кишку и двенадцатиперстную кишку. Интересно, что частичная обструкция чаще, чем полная обструкция, приводит к инфекции, бактериемии, бактериофагам и желчным камням.
Инфекции мочевыводящих путей
Мочевыводящие пути считаются наиболее частым местом инфицирования кишечной палочкой, и более 90% всех неосложненных инфекций мочевыводящих путей вызваны инфекцией кишечной палочки. Частота рецидивов после первой инфекции составляет 44% в течение 12 месяцев. E coli инфекции мочевыводящих путей вызываются уропатогенными штаммами кишечной палочки.
Кишечная палочка вызывает широкий спектр инфекций мочевыводящих путей, включая неосложненный уретрит/цистит, симптоматический цистит, пиелонефрит, острый простатит, абсцесс предстательной железы и уросепсис. Неосложненный цистит возникает в основном у активных в половом смысле женщин, колонизированных уропатогенным штаммом кишечной палочки. Впоследствии периуретральная область заселяется из-за загрязнения толстой кишки, и организм достигает мочевого пузыря во время полового акта.
Уропатогенные штаммы кишечной палочки имеют фактор прилипания, называемый P fimbriae (пиелонефрит-ассоциированные пили), или pili, связывающийся с антигеном группы крови P. Эти фимбрии Р опосредуют прикрепление кишечной палочки к уроэпителиальным клеткам. Таким образом, пациенты с кишечным носительством кишечной палочки, содержащей P fimbriae, подвержены большему риску развития инфекции мочевыводящих путей, чем население в целом.
Осложненные инфекции мочевыводящих путей и пиелонефрит наблюдаются у пожилых пациентов со структурными аномалиями или обструкцией, такой как гипертрофия предстательной железы или нейрогенный мочевой пузырь, или у пациентов с мочевыми катетерами.
Бактериемия E. coli обычно ассоциируется с инфекцией мочевыводящих путей, особенно в случаях обструкции мочевыводящих путей по любой причине. Системная реакция на эндотоксин (цитокины) или липополисахарид может привести к диссеминированному внутрисосудистому свертыванию крови. Кишечная палочка считается основной причиной внутрибольничной бактериемии из желудочно-кишечного или мочеполового источника.
Другие инфекции
Другие различные инфекции кишечной палочки включают септический артрит, эндофтальмит, гнойный тиреоидит, синусит, остеомиелит, эндокардит и инфекции кожи и мягких тканей (особенно у пациентов с диабетом).
