Как представители нормальной микрофлоры, кишечные палочки выполняют ряд физиологических функций: участвуют в пристеночном пищеварении, разлагают клетчатку, синтезируют витамины групп К, В, Е, являются антагонистами патогенных бактерий (выделяют колицины), стимулируют иммунитет.
Это санитарно-показательный микроорганизм, наличие которого указывает на фекальное загрязнение воды, пищи, предметов обихода.
Патогенные штаммы возбудителя вызывают 2 типа инфекционного процесса: диарейные кишечные инфекции и внекишечные инфекции (мочевыводящих путей, брюшной полости, респираторного тракта, менингиты новорожденных, бактериемию и сепсис)
Диарейные кишечные инфекции вызываются различными группами патогенных Е. соli.
Механизм их передачи фекально-оральный, пути передачи – алиментарный, водный, контактно-бытовой.
Источники инфекции – больные и бактерионосители, при энтерогеморрагических диареях могут быть животные (крупный рогатый скот).
Инфицирующая доза для большинства возбудителей значительна – 106-109 бактерий. Для энтерогеморрагических Е. соli она очень невелика (100 бактерий или даже менее).
Инкубационный период зависит от дозы микроорганизмов и обычно составляет несколько дней.
Энтеропатогенные E. сoli включают не менее 20 серогрупп. Они поражают новорожденных и детей 1-2 года жизни. Вызывают колиэнтерит.
Патогенез поражений определяется адгезией возбудителей к эпителию тонкого кишечника, повреждением микроворсинок, однако без инвазии в клетку.
Вирулентность этих бактерий связана с наличием особого генного локуса, который находится в составе хромосомного островка патогенности – локуса «стирания энтероцитов».
Данный локус кодирует различные факторы патогенности. Важнейшие из них – адгезин интимин и рецепторный для него белок Tir.
Для направленной доставки рецепторного Tir-белка в энтероциты у возбудителей имеется специализированная органелла инжектисома (или иглокомплекс). В ее состав входят сократительные белки. Инжектисома относится к системе III типа секреции бактерий, которая обеспечивает активное поступление белков патогенности в пораженные клетки.
В норме на энтероцитах Tir-рецептора нет. Однако он присутствует в бактериальной клетке. После контакта E. сoli с клетками эпителия тонкой кишки с помощью инжектисомы происходит впрыскивание белков, составляющих Tir-рецептор к интимину, внутрь эпителиоцита. Через некоторое время этот рецептор появляется на мембране энтероцита.
E. сoli посредством интимина присоединяется к внедренному Tir-рецептору. Это обеспечивает прочную адгезию микроба с поверхностью эпителиальных клеток. Кроме того, Tir-рецептор активирует перестройку внутриклеточного актина и других белков в месте прикрепления микробов.
В результате после присоединения большого количества бактерий происходит сглаживание и стирание микроворсинок эпителия кишечника. При этом может развиваться локальное воспаление.
Все это ведет к нарушению всасывания, расстройству электролитного обмена и диарее.
Энтеротоксигенные E. сoli вызывают заболевания по другому механизму. К ним принадлежит более 70 серогрупп. Они остаются основной причиной диареи детей младшего возраста в странах с теплым климатом. Вызывают холероподобные заболевания. У взрослых лиц вызывают «диарею путешественников» при посещении санитарно неблагополучных стран.
Тип диареи – секреторный (невоспалительный), и связан с продукцией бактериями термолабильного и термостабильного энтеротоксинов. Токсины кодируются плазмидными генами.
Адгезию возбудителя на энтероцитах обеспечивают факторы колонизации (пили или фимбрии).
Действие термолабильного энтеротоксина аналогично действию токсина холерного вибриона. Токсин состоит из двух компонентов: А и В. Рецепторный компонент В состоит из 5 субъединиц. Он соединяется с ганглиозидными рецепторами на мембранах клеток эпителия, формирует канал в мембране и позволяет компоненту А проникать в клетки. Компонент А выполняет АДФ-рибозилирование внутриклеточных G-белков, что в итоге приводит к активации аденилатциклазы и накоплению внутриклеточного цАМФ. Далее активируются трансмембранные каналы, усиливается секреция ионов Cl-, Na+ и воды с подавлениием их реабсорбции, что ведет к диарее.
Термостабильный энтеротоксин действует через внутриклеточную гуанилатциклазу, активируя секрецию электролитов и воды.
Энтероагрегативные E. сoli вызывают диарею вследствие своей выраженной способности к адгезии к эпителию и самоагрегации. Они обычно не продуцируют токсинов, однако обладают 2-мя типами фимбрий, обеспечивающих плотное прикрепление и взаимодействие микробных клеток.
В отличие от предыдущих возбудителей, они вызывают диффузную адгезию микробов к эпителию на большом протяжении и их агрегацию между собой. Это ведет к повреждению эпителиальных клеток и препятствует нормальному водно-электролитному обмену. В итоге возникает диарея длительностью более 2-х недель.
Энтероинвазивные E. сoli (9 серогрупп) отличаются от вышеперечисленных возбудителей. Они проявляют большее сходство с шигеллами, которые при инфекции проникают внутрь пораженных клеток. Так же, как и шигеллы, они неподвижны и не способны ферментировать лактозу.
Патогенность бактерий связана со способностью внедряться в эпителиоциты слизистой оболочки толстого кишечника, размножаться внутри клеток и разрушать их.
Эти свойства кодируются хромосомными и плазмидными генами патогенности. Одна из плазмид кодирует структуру III типа секреции, которая обеспечивает доставку факторов патогенности в пораженные клетки. После их впрыскивания происходит перестройка внутриклеточного актина и захват прикрепившихся возбудителей клетками кишечника.
Кроме того, бактерии этой группы способны продуцировать энтеротоксин.
Воспаление при данной инфекции менее выражено, чем при шигеллезе, отсюда геморрагический колит наблюдается редко. Обычно возникает диарея различной длительности.
Наиболее угрожающие жизни заболевания и осложнения, вызывают эшерихии, относящиеся к группе энтерогеморрагических кишечных палочек (ЭГКП). У больных возникает тяжелый геморрагический колит, который может осложняться гемолитико-уремическим синдромом (ГУС) с развитием острой почечной недостаточности и возможным летальным исходом.
Бактерии данной группы продуцируют сильнодействующие экзотоксины, блокирующие синтез белка в пораженных клетках.
Вместе с экзотоксином возбудителей шигеллеза (шигатоксином) они образуют общее семейство токсинов. Отсюда они получили название шигаподобных токсинов 1 и 2 типа или веротоксинов (от названия лабораторных культур клеток Vero, на которых определяют их цитотоксическое действие).
Способность к синтезу токсинов определяется наличием умеренных бактериофагов в геноме бактериальных клеток.
Наиболее вероятным резервуаром ЭГКП является крупный рогатый скот. Человек может заражаться при употреблении в пищу зараженного мяса или других пищевых продуктов, контаминированных возбудителем. Возможна контактно-бытовая передача инфекции, в том числе от больных и персонала.
Считалось, что заболевания вызывает ограниченная группа возбудителей, при этом основным серотипом является E. сoli 0157:Н7. В настоящее время показано, что не менее 30 серогрупп эшерихий могут быть причиной болезни.
Инкубационный период составляет в среднем 5-7 дней.
Возбудитель достигает эпителия толстого кишечника. Его прикрепление происходит по механизму, общему с энтеропатогенными кишечными палочками. В нуклеоиде ЭГКП содержится аналогичный локус «стирания энтероцитов», который кодирует адгезин интимин и рецепторный для него белок Tir.
При помощи системы III типа секреции (инжектисомы) происходит доставка Tir-рецептора в энтероциты и плотная адгезия к ним бактерий посредством интимина.
Далее бактерии продуцируют шигаподобные экзотоксины. Как и многие другие токсины, они состоят из двух компонентов: А и В. Рецепторный компонент В соединяется с гликолипидным рецептором Gb3 (глоботриозилцерамидом) на мембранах клеток.
После связывания с рецепторами токсины посредством эндоцитоза проникают в цитоплазму. Компонент А токсина распадается на 2 субъединицы, при этом фракция А1 обладает ферментативной N-гликозидазной активностью. Она разрушает гликозидные связи в 28S рРНК большой субъединицы рибосом и тем самым блокирует синтез белка в эпителиоцитах (цитотоксический эффект), вызывая их гибель. Поражение эндотелия сосудов вызывает дистрофию и некроз стенки кишечника.
После проникновения токсинов в кровоток они связываются с клетками с высокой плотностью Gb3-рецепторов, в частности с эндотелием почечных клубочков и сосудов микроциркуляции. Разрушение клеток почечных клубочков может приводить к нарушению функции органа и почечной недостаточности.
ЭГКП обладают и другими факторами вирулентности, в частности, гемолизинами, которые кодируются плазмидными генами. Также они продуцируют сериновую протеазу, которая разрушает фактор свертывания V.
Кроме того, бактерии имеют плазмиды с генами устойчивости к антибиотикам. Они способны к продукции β-лактамаз расширенного спектра действия.
Множественное действие факторов вирулентности приводит к развитию деструктивного гемоколита.
При обычном течении симптомы болезни постепенно угасают, однако в 6-8% случаев заболевание осложняется гемолитикоуремическим синдромом. ГУС чаще возникает у детей младшего возраста или у пожилых людей. Он сопровождается гемолитической анемией, тромбоцитопенией и почечной недостаточностью. Летальность при ГУС может достигать 5% и более, осложнения в виде почечной недостаточности и поражения ЦНС – у 15-30% больных.
В мае 2011 года в ФРГ и соседних европейских странах возникла эпидемическая вспышка энтерогеморрагической инфекции, вызванной кишечной палочкой. Эпидемия продлилась в течение двух месяцев. Всего в 16 странах было зарегистрировано 4321 случаев заболевания, из них 50 человек умерло (летальность превышает 1%). Среди заболевших преобладали женщины. Более чем у 25% из них возник гемолитико-уремический синдром.
Заражение, вероятнее всего, было связано с употреблением в пищу контаминированных продуктов, в первую очередь – проросших семян некоторых бобовых (пажитник).
Оказалось, что инфекция вызвана E. сoli нового серовара О104:Н4, который до этого вызывал патологию лишь в единичных случаях.
Изучение генома возбудителя показало, что бактерии серовара О104:Н4 не имеют генов интимина, однако обладают адгезинами, характерными для энтероагрегативных кишечных палочек. Также они продуцировали шигаподобный токсин 2 типа, кодируемый генами бактериофага, и β-лактамазы расширенного спектра действия. Возникновение такого штамма связывают с горизонтальным переносом генов между бактериями и их последующей рекомбинацией.
Анализ эпидемии подтвердил, что среди популяций E. сoli постоянно происходит интенсивный генетический обмен, обеспечивающий быстрое распространение генов патогенности и приводящий к появлению новых вирулентных штаммов.
Помимо специфических диарейных заболеваний, E. сoli регулярно вызывают внекишечные инфекции.
Это оппортунистические инфекции, условиями для которых являются попадание возбудителя в норме стерильный биотоп (брюшная полость, мочевыводящие пути, ЦНС), повреждение тканевых барьеров, снижение иммунитета, развитие смешанной инфекции и т.д.
Наиболее часто возникают заболевания мочевыводящих путей, вызванные уропатогенными эшерихиями. Известно несколько таких серогрупп.
Они вызывают внегоспитальный циститы и восходящие пиелонефриты. У детей могут приводить к хроническим инфекциям. Вирулентность связана с наличием различных типов адгезинов, обусловливающих прикрепление бактерий к эпителию мочевого тракта. Адгезины в основном кодируются хромосомными генами в составе островков патогенности.
Специфичными для уропатогенных эшерихий являются Р-фимбрии. Они связываются с гликосфинголипидными рецепторами уроэпителия. Также в адгезии участвуют маннозочувствительные фимбрии, гемагглютинин и т.п. Плотное прикрепление бактерий, их разрушение с выделением ЛПС эндотоксина вызывает воспалительную реакцию (нейтрофильную инфильтрацию, местное выделение провоспалительных цитокинов и т.д.), что ведет к прогрессированию процесса.
Кроме того, уропатогенные E. сoli продуцируют гемолизины, гены которых находятся в плазмидах или нуклеоиде. Помимо эритроцитов, эти токсины повреждают эндотелий сосудов и почечный эпителий.
E. сoli могут участвовать в развитии абдоминальных инфекций (холецистита, аппендицита, перитонита), вызывать бактериемию и сепсис.
Особенно опасен менингит новорожденных и детей 1 месяца жизни, обусловленный кишечной палочкой. Наиболее часто он возникает у недоношенных детей. Бактерии проникают в ЦНС через фенестрированный эндотелий сосудистых сплетений головного мозга. Большинство возбудителей относится к серотипу О18:К1. Они обладают специализированными адгезинами (S-фимбриями). Вариант К1 капсульного АГ обеспечивает устойчивость бактерий в кровотоке к действию комплемента. Летальность при заболевании может превышать 50%.
Иммунитет после большинства после заболеваний группоспецифический, слабовыраженный. Естественный пассивный иммунитет против возбудителей колиэнтерита у детей раннего возраста обеспечивается sIgA-антителами грудного молока матери. Материнские антитела IgM против патогенных E. сoli не проходят через плаценту. У взрослых резистентность определяется антагонизмом нормальной флоры кишечника и sIgA-антителами против патогенных штаммов.
