Кишечная палочка

Кишечная палочка (Escherichia coli) — частый возбудитель кишечных ин­фекций, инфекций мочевых путей, сепсиса и менингита новорожденных, бактериемии и сепсиса у больных с имму­нодефицитами, а также у больных с со­судистыми катетерами.

Кишечная палочка ходит в семейство Enterobacteriaceae. Энтеробактерии представляют собой грамотрицательные факультативно-анаэроб­ные палочки, выделяющие оксидазу. Ферментирование лактозы — непостоянный признак.

На осно­вании клинических, биохимических и молекуляр­но-генетических критериев выделяют пять групп диареегенных кишечных палочек:

• энтеротоксигенные штаммы кишечной палочки продуцируют се­креторные энтеротоксины;
• энтероинвазивные штаммы кишечной палочки способны к инвазии в кишечный эпителий; они вызывают заболева­ние, сходное с дизентерией;
• энтеропатогенные штаммы кишечной палочки определяются по особенностям адгезии в культуре клеток и спо­собности вызывать характерное сглаживание микроворсинок;
• энтерогеморрагические кишечные палочки (способные продуци­ровать токсин Шиги или веротоксин) штаммы вызывают диарею, геморрагический колит и гемолитико-уремический синдром;
• энтероадгезивные штаммы способны in vitro прикрепляться к клеткам линии Нер-2, что ве­дет к образованию агрегатов; у детей эти штам­мы вызывают хроническую диарею.

В развивающихся странах диареегенные кишечные палочки часто вызывают инфекции у маленьких детей. Заболевае­мость в умеренном климате возраста­ет в теплое время года, а в странах с тропическим климатом — в сезон дождей. Большинство штам­мов E. Coli (за исключением энтерогеморрагических и некоторых из энтеропатогенных) вызывает забо­левание лишь при попадании в организм в опреде­ленном количестве; передача контактно-бытовым путем нетипична, но характерны вспышки, нося­щие алиментарный или водный характер. Зараже­нию способствует нарушение санитарных правил при обработке пищи и при проведении ассениза­ционных работ.

Энтеротоксигенные штаммы — основные возбудители диареи у маленьких детей в развивающихся странах. Эти штаммы также играют роль в диарее путешественников. В развивающихся странах примерно 20-30% слу­чаев диареи обусловлено именно энтеротоксигенными кишечными палочками.

Энтероинвазивные штаммы в основном об­наруживаются при вспышках; тем не менее в разви­вающихся странах они высеваются довольно часто.

В этих странах примерно 5 % единичных случаев диареи и 20% диареи с кровью обусловлено энтероинвазивными штаммами.

Энтеропатогенные штаммы занимают значительное место среди возбудителей диареи у детей, особенно до 2 лет. В развитых странах эти штаммы иногда вызывают вспышки в дневных дет­ских учреждениях и педиатрических больницах. Со­гласно данным нескольких исследований, грудное вскармливание может защитить от диареи, вызван­ной энтеропатогенными кишечными палочками.

Энтерогеморрагические штаммы кишечной палочки вызывают тяжелые и нередко осложненные инфекции у детей от полугода до 10 лет и у пожилых; дети первых месяцев заболевают редко. Возможна и бессимптом­ная инфекция. Энтерогеморрагические кишечные палочки могут передаваться алиментарным, во­дным, контактно-бытовым путем, посколь­ку для развития инфекции достаточно попадания в ЖКТ малого числа возбудителей. Вспышки чаще всего возникают при употреблении гамбургеров с недостаточно прожаренной начинкой; источником заражения также могут послужить яблочный сидр, салат-латук, майонез, салями, сухие ферментиро­ванные колбасы и непастеризованные молочные продукты. Причиной большинства вспышек в Се­верном полушарии служат энтерогеморрагические штаммы серовара 0157:Н7. Многие другие серовары могут вызывать вспышки и спорадические случаи тяжелой диареи.

Энтероадгезивные штаммы кишечной палочки часто становят­ся причиной носительства. Эти штаммы вызыва­ют длительную (продолжающуюся свыше 14 дней) Диарею у детей в развивающихся странах, хрони­ческую диарею на фоне СПИДа и диарею путеше­ственников. Большинство заболевших детей млад­ше 12 лет.

Поскольку кишечная палочка входит в состав нормальной кишечной микрофлоры, для доказа­тельства диареегенного характера выделенного Штамма необходимо подтвердить его вирулент­ность. Механизм развития диареи в типичном случае включает адгезию E. Coli к гликопротеидовым или гликолипидным рецепторам и выделение токсичных веществ, которые разрушают клетки фишечного эпителия или нарушают их функцию, отвечающих за вирулентность и устойчивость к антибактериальным средствам, часто переносятся вместе с плазмидами, островками патогенности или бактериофагами.

Энтеротоксигенные штаммы кишечной палочки не вызывают структурных изменений в слизистой ки­шечника либо вызывают немногочисленные изме­нения. Развитию диареи предшествует колониза­ция тонкой кишки и образование энтеротоксинов. Одни штаммы вырабатывают термолабильный энтеротоксин, другие — термостабильный, третьи — оба этих токсина. Термолабильный энтеротоксин представляет собой крупную молекулу, состоящую из пяти субъединиц, связывающихся с рецепто­ром, и одной субъединицы, обладающей фермен­тативной активностью. Последняя субъединица по структуре, функции и иммунным свойствам родственна холерному токсину. Термолабильный энтеротоксин стимулирует аденилатциклазу, в ре­зультате чего повышается концентрация цАМФ. Молекула термостабильного энтеротоксина имеет небольшой размер и отличается от термолабильно­го энтеротоксина и холерного токсина. Термоста­бильный энтеротоксин стимулирует гуанилатциклазу, увеличивая тем самым содержание цГМФ. Значительное число энтеротоксигенных штаммов также продуцирует EAST1 — термостабильный токсин, сходный с термостабильным энтеротокси­ном. Впервые он был описан у энтероадгезивных штаммов E. coli.

Для колонизации слизистой оболочки кишечни­ка необходимы антигены фимбриального фактора колонизации (CFA), которые содействуют адгезии к эпителию. Наиболее распространены факторы CFA/I, CFA/II и CFA/IV. Фимбриальные факторы колонизации состоят из различных поверхностных антигенов E. coli (CS), которые экспрессируются в разнообразных комбинациях. У значительной части энтеротоксигенных штаммов имеются пили типа IV (длинные), которые функционируют как факторы колонизации; они обнаруживаются и у других грамотрицательных бактерий. Связывание энтеротоксигенного белка инвазии А (он распола­гается на наружной мембране и имеет молекуляр­ную массу 25 кДа) с эпителиальными клеткам, по меньшей мере отчасти, опосредовано протеогликанами, содержащими гепарансульфат. Энтеротокси­генные E. coliвходят во все растущую группу воз­будителей, которые используют эти повсеместно распространенные поверхностные молекулы как рецепторы.

Лишь небольшая часть из более чем 180 серогрупп E. Coli относится к энтеротоксигенным.

Энтероинвазивные кишечные палочки вызывают изъяз­вление слизистой толстой кишки и кро­воточивость. Слизистая оболочка при этом инфиль­трирована нейтрофилами, подслизистая основа отечна. Энтероинвазивные штаммы, подобно шигеллам, способны к инвазии в кишечный эпителий и вызывают инфекцию, сходную с дизентерией. Процесс инвазии включает 4 стадии:

• проник­новение кишечной палочки внутрь эпителиоцитов,
• размно­жение внутри клеток,
• внутри- и межклеточное распространение,
• гибель клеток макроорганиз­ма.

Все гены, необходимые для проникновения внутрь клеток собраны в пределах одного региона с молекулярной массой 30 кДа. Этот регион при­надлежит крупной плазмиде вирулентности, кото­рую также обнаруживают и у шигелл. В описанном регионе находятся гены ipa, ipg, mod и spa. Первые два кодируют белки, которые опосредуют процесс проникновения бактерии в клетку; эти гены также кодируют индивидуальные внутрибактериальные «молекулы-спутники». Гены той и spa содержат информацию о белках, формирующих аппарат се­креции типа III, необходимый для секреции инвазинов (IpaA-Dи IpgD). IpaB и IpaC служат основ­ными эффекторными белками, обеспечивающими инвазию в эпителиоциты. Аппарат секреции типа III обнаружен также у многих других патогенных грамотрицательных бактерий. Основная функция этого аппарата заключается в транспортировке белков из цитоплазмы бактерий в мембрану и ци­топлазму клеток макроорганизма при непосред­ственном контакте.

Энтероинвазивные штаммы кишечной палочки включают неболь­шое число серогрупп. Некоторые из этих штаммов — нетипируемые. Антигены липополисахарида у этих серогрупп родственны аналогичным антигенам шигелл. Подобно шигеллам, энтероин­вазивные кишечные палочки неподвижны (они лишены Н или жгутиковых антигенов) и, как правило, не фермен­тируют лактозу.

Энтеропатогенные кишечные палочки вызывают сглажи­вание ворсинок эпителия, воспалительные изме­нения, а также слущивание поверхностного слоя клеток слизистой оболочки — таким изменениям подвергается весь кишечник, начиная от двенадца­типерстной кишки и заканчивая ободочной. При гистологическом исследовании обнаруживается характерная картина: тесное прикрепление бактерий к поверхности эпителия и сглаживание его микро­ворсинок. Белки, отвечающие за данные изменения, закодированы в локусе сглаживания ворсинок энтероцитов. В этом локусе содержатся:

• гены аппа­рата секреции III типа
• транслоцированный ген рецептора интимина (Tir), ген интимина
• гены секреторных белков E. coli (EspA-B D)

В патогенезе инфекции, вызванной энтеропатогенными E. coli, выделяют три стадии. Первая ста­дия — локализованная адгезия бактерий к кишеч­ному эпителию — частично опосредована пилями IV типа, закодированными в EAF-плазмиде. Во вторую стадию образуются бактериальные белки. Белки транспортируются с помощью игольчатого комплекса или аппарата секреции III типа. Нитча­тые выросты, состоящие из EspA, образуют мости­ки между бактерией и эпителиальной клеткой. По этим мостикам перемещаются эффекторные белки кишечной палочки (EspB, EspD, Tir). EspB и EspD формируют поры в мембране эпителиальной клетки. Третья фаза характеризуется тесным прикреплением бак­терий к энтероцитам, уплощением их ворсинок и образованием основания, через которое в клет­ку макроорганизма вводится белок Tir. Tir пере­мещается к поверхности клетки макроорганизма, где связывается с белком наружной мембраны бактерии — интимином (он кодируется геном еае). Комплекс интимина с Tir инициирует полимери­зацию актина и прочих компонентов цитоскелета в области прикрепления бактерии. К бактериаль­ным эффекторным белкам также относится белок, связанный с митохондриями (способен разрушать мембраны) и EspF — белок, нарушающий барьер­ную функцию кишечника и вызывающий гибель клеток макроорганизма.

Некоторым серогруппам присуща локализо­ванная адгезия и наличие EAF. Кишечные палочки серогрупп 018, 044, 0112 и 0114 лишены EAF и не способны к адгезии, либо их ад­гезия к клеткам линии НЕр2 носит диффузный характер. Накапливается все больше данных, что лишь штаммы с локализованным характером адгезии являются действительно энтеропатогенными.

Энтерогеморрагические штаммы вызывают более тяжелое поражение кишечника с отеком, отложениями фибрина, кровоизлияниями в подслизистой основе, язвами, инфильтрацией нейтрофилами и тромбозом микроциркулярного русла. В отдельных случаях наблюдается псевдомембра­нозный колит. Основным фактором вирулентности энтерогеморрагических штаммов считается токсин Шиги. Существуют два типа токсина — Stxl и Stx2. Некоторые штаммы продуцируют только Stxl, другие — только Stx2, но большинство штаммов выделяет оба типа токсина. Stxl (также извест­ный как SLT-I или VT-1) идентичен токсину Шиги — экзотоксину Shigella dysenteriae серовара 0, который ингибирует синтез белка. Stx2 (его так­же обозначают как SLT-II или VT-2) и его вари­анты имеют только дальнее отношение к токсину Шиги. Каждый токсин состоит из единственной субъединицы А, нековалентно связанной с пента­мером, построенным из идентичных В-субъединиц. В-субъединицы связываются с глоботриозилцерамидом — гликосфинголипидным рецептором клеток макроорганизма. А-субъединица поступа­ет в клетку путем эндоцитоза. Мишенью токсина служит рРНК 285-субъединицы рибосом. Токсин отщепляет пуриновые основания от остатков аде- нина, что ведет к прекращению белкового синтеза и гибели клетки. Stx проникает сквозь клетки ки­шечного эпителия и, поступая в кровь, повреждает эндотелий. В результате активируется свертыва­ние крови, образуются микротромбы, развивается ишемия и внутрисосудистый гемолиз. Энтерогеморрагические кишечные палочки индуцируют выброс провоспалительных цитокинов. Исход инфекции зависит от генотипа stx — штаммы с генотипом Stx2 вызы­вают более тяжелое поражение.

Энтерогеморрагические E. Coli прикрепляются к кишечному эпителию и вызывают сглаживание его микроворсинок (аналогичные изменения вы­зывают энтеропатогенные штаммы). Локус, обеспе­чивающий сглаживание микроворсинок, имеется у большинства патогенных энтерогеморрагических штаммов. Многие штаммы также несут крупную плазмиду, кодирующую дополнительные факторы вирулентности: энтерогемолизин (EhyA), внекле­точную сериновую протеазу (EspP) и аутоагглютинирующий адгезин (Saa). Описано множество сероваров энтерогеморрагических кишечных палочек.

Энтероадгезивные штаммы кишечной палочки образуют ха­рактерную слизистую биопленку на поверхности слизистой кишечника, вызывают уко­рочение ворсинок, геморрагический некроз и вос­палительную реакцию. Предполагается, что пато­генез инфекции, вызванной энтероадгезивными штаммами, включает три фазы: адгезия к слизистой оболочке с помощью AAF-фимбрий; усиленное об­разование слизи; выделение токсина и воспаление, которые приводят к повреждению слизистой обо­лочки и повышенной кишечной секреции.

Энтероадгезивные штаммы вызывают диарею преимущественно секреторного типа. По-видимому, задержка роста, дефицит массы у таких детей обусловлены воспалительной реакцией ки­шечника (о ней свидетельствует повышенная кон­центрация в кале лактоферрина, ИЛ-8).

К предполагаемым факторам вирулентности энтероадгезивной кишечной палочки относятся аггрегативные фимбрии (AAF/I и AAF/II), цитотоксин (кодиру­ется плазмидой с молекулярной массой 108 кДА), гемолизины, другие белки наружной мембраны, термостабильный токсин 1 (EAST1). Ген этого токсина, astA, обнаружен также у других диарееген­ных штаммов кишечной палочки и некоторых прочих бактерий, вызывающих у человека поражение кишечника.

Энтероадгезивные штаммы имеют разно­образные комбинации О-антигенов, Н-антигенов, а потому относятся к различным сероварам. Некоторые эн­тероадгезивные штаммы не экспрессируют О-анти- ген, являются неподвижными и нетипируемыми.