Эти штаммы продуцируют теромостабильный энтеротоксин (СТ), теромолабильный энтеротоксин (ЛТ) или оба токсина. Кроме того, они обладают факторами колонизации, которые являются специфическими для вида хозяина и которые позволяют микроорганизмам прочно прикрепляться к эпителию тонкой кишки.
Термолабильный энтеротоксин (ЛТ). ЛТ близко родственен токсину, образуемому штаммами Vibrio cholerae. Оба являются белковыми комплексами, состоящими из одной субъединицы полипептида А и пяти субъединиц полипептида В с молекулярным весом примерно 25 000 и 11 500 соответственно. Субъединицы В ответственны за связывание токсина с эпителиальными клетками. После перемещения через мембраны эпителиальных клеток кишечника, субъединица А катализирует никотинаамидадениндинуклеотид (НАД)-зависимую активацию аденилатциклазы, что вызывает увеличение концентрации циклического аденозинмоносфата (цАМФ). В клетках ворсинок кишечника цАМФ подавляет адсорбцию натрия и вследствие этого хлоридов и воды, одновременно цАМФ увеличивает в клетках крипт секрецию и вызывает потерю хлоридов и воды, что ведет к профузному водянистому поносу. ЛТ оказался кодированным плазмидой у многих штаммов человеческого и животного происхождения, детально известна организация кодирующего оперона для субъединиц А и В.
Редкие штаммы E. coli продуцируют термолабильный токсин (ЛT-II), который имеет сходную биологическую активность с ЛТ, но не реагирует с иммунной сывороткой в реакции иммунодиффузии или нейтрализации. Структурные гены для LT-II, вероятно, являются хромосомными, хотя изучено немного таких штаммов.
Термостабильный энтеротоксин (СТ). В отличие от ЛТ, СТ Esch. coli имеют низкий молекулярный вес и слабо иммуногенны. Было выделено два главных класса термостабильных токсинов Esch. coli, они обозначены СТА и СТВ (или СТ-I и CТ-II). СТА обнаруживается в тесте на мышатах-сосунках, у которых идет секреция в кишке в пределах 4 ч после внутрижелудочного введения. Этот токсин активирует гуанилатциклазу, что ведет к увеличению уровня циклического гуанинмонофосфата (цГМФ). Активность СТА быстрая, в то время как ЛТ действует после периода задержки. Механизм секреции, вызванной СТА через цГМФ не известен, но может играть роль кальций.
СТА оказался закодированным в плазмиде, и эти плазмиды могут также нести гены для ЛТ, факторов адгезии или резистентности к антибиотикам.
СТВ отличается от СТА своей биологической активностью и нерастворимостью в метаноле. СТВ стимулирует накопление жидкости в изолированной петле кишечника поросят, но не в тесте на мышатах-сосунках. Механизм действия СТВ не известен, но, вероятно, он не действует через цАМФ или цГМФ.
Факторы адгезии. Энтеротоксина недостаточно, чтобы Esch. coli вызвал диарею. Микроорганизм должен также быть способным прочно прикрепиться к поверхности эпителиальных клеток слизистой оболочки тонкой кишки. Эта адгезия обычно опосредована фимбриями, которые связываются со специфическими рецепторами в мембране клетки. Адгезивные факторы или факторы колонизации являются антигенными и могут быть выявлены в реакции иммунодиффузии или агглютинации. Их присутствие может также демонстрироваться гемагглютинацией, экспериментальной колонизацией кишечника животных или методами культур клеток и органов. В отличие от гемагглютинации, обусловленной I типом пилей Esch. coli, факторы колонизации, связанные с диареей, не подавляются маннозой. Были описаны плазмиды, которые одновременно несут гены для фактора колонизации и продукции энтеротоксина.
Первый фактор колонизации у Esch. coli, первоначально признанный как поверхностный антиген (K88), контролируется трансмиссивной плазмидой и является по своей природе фимбриальным. Его важность в патогенезе энтерита поросят демонстрировалась в экспериментах, в которых показано, что потеря плазмиды K88 штаммом Esch. coli О141 сопровождается потерей его способности вызвать диарею при пероральном введении поросятам. Это способность восстанавливалась при введении плазмиды R88 от другого штамма Esch. coli. У свиней имеется ген, наследуемый по распределению Менделя, который определяет присутствие рецепторов для K88 в кишечном эпителии свиней. Свиньи, у которых нет этого рецептора, устойчивы к колонизации тонкой кишки штаммами Esch. coli с антигеном K88.
У штаммов ЭТКП, выделенных у человека, впоследствии было обнаружено несколько факторов колонизации и, несомненно, остаются еще невыявленные факторы.
ЭТКП редко обнаруживается в географических зонах, где гигиена и питание хорошие, но имеются сообщения о случайных вспышках диареи и спорадических заболеваниях. В развивающихся странах диарея является главной причиной смерти у детей до 5 лет жизни, и ЭТКП обусловливают значительную ее часть. В тяжелых случаях инфекции ЭТКП походят на холеру, поэтому их называют холероподобными эшерихиозами.
ЭТКП является частой причиной «диареи путешественников». Это – распространенная по всему миру болезнь, обычно краткой продолжительности, часто начинающаяся остро с частого жидкого стула и сопровождающаяся различными симптомами в виде тошноты, рвоты и спазмов кишечника. Она встречается наиболее часто среди путешествующих из местностей с хорошей гигиеной и умеренным климатом в районы с более низкими стандартами, особенно в жарких странах.
Имелось несколько исследований диареи путешественников в Мексике, где «туриста» (местное название болезни) достигала уровня 29-48 %, например, среди студентов и добровольцев Корпуса Мира, ЭТКП были обнаружены в различных наблюдениях у 45-72 % пострадавших. Точно так же в африканских странах ЭПКП были найдены у 31-75 % добровольцев Корпуса Мира, страдающих диареей.
Источники и способы распространения инфекции ЭТКП в странах с теплым климатом недостаточно выяснены, но вероятно, что важную роль в распространении инфекции играет вода, загрязненная человеческими или животными сточными водами,
3. Энтероинвазивные кишечные палочки (ЭИКП). ЭИКП вызывают заболевание, идентичное дизентерии, вызванной шигеллами, у лиц любого возраста – дизентериеподобный эшерихиоз.
Эпидемиология и экология ЭИКП плохо изучены, но нет данных о наличии резервуара у животных или в окружающей среде. Наблюдения показывают, что ЭИКП вызвали примерно 5 % всех диарей в местностях со слабой гигиеной. Вспышки иногда описываются в Великобритании и США, особенно в школах и больницах для умственно отсталых. Инфекции обычно связаны с пищей, но имеется также свидетельства о взаимном заражении. Наиболее частая серогруппа - О124.
Шигеллы и ЭИКП вызывают бактериальное заболевание с механизмом инвазии, при котором микроорганизмы проникают через эпителиальные клетки толстой кишки и размножаются внутриклеточно. Чтобы сохранить жизнеспособность при продвижении через верхние отделы кишечника, они должны сопротивляться действию кислотности желудка, желчных солей и панкреатических ферментов. Им помогает в этом наличие полной липополисахаридной капсулы. Механизм инвазивности зависит от присутствия некоторых наружных мембранных белков, которые расщепляются панкреатическими ферментами во время продвижения по тонкой кишке, делая микроорганизмы временно неинвазивными. Предполагается, что эти белки восстанавливаются в толстой кишке. Как только микроорганизмы прибывают в просвет толстой кишки, они сталкиваются с окружающей средой, в которой они должны конкурировать с резидентской флорой за доступные источники углерода. Эти факторы окружающей среды, вероятно, обеспечивают действие селекции для сохранения инвазивного фенотипа, который позволяет шигеллам и ЭИКП покинуть просвет и занять внутриклеточную нишу, в которой бесконечный источник углерода доступен форме глюкозы крови хозяина.
В ходе распространяющегося процесса микроорганизмы сначала проникают через слой слизи с помощью глюкозидаз, продуцируемых нормальной флорой. Затем они присоединяются к поверхности клетки, где они, вероятно, стимулируют процесс эндоциитоза, который не разрывает цитоплазменную мембрану. Внутриклеточные микроорганизмы короткое время содержатся в пределах эндоцитозной вакуоли. Способность к лизису этих вакуолей является важным признаком вирулентности, так как микроорганизмы, неспособные к этому, не в состоянии распространиться к соседним клеткам.
После эндоцитоза наступает подавление синтеза белков клеток хозяина. Транспорт глюкозы и аминокислот продолжается, но эти питательные вещества используются для размножения бактерий. Наблюдается разрушение ткани и в результате воспаление, которое является основной причиной признаков бактериальной дизентерии.
Вирулентность шигелл и ЭИКП зависит как от хромосомных, так и от плазмидных генов. Большая плазмида (120 мегадальтон у Sh. sonnei и 140 мегадальтон у остальных шигелл и ЭИКП) несет гены для экспрессии наружных мембранных белков, необходимых для инвазии, так же, как и гены, необходимые для вставки этих белков в мембрану клетки. Плазмидные гены также требуются для способности выделяться из эндоцитозной вакуоли и внедрения в смежные клетки хозяина. Хромосомные гены вирулентности включают гены, необходимые для экспрессии гладких липополисахаридов, и гены аэробактин-железосвязывающей системы.
4. Веро-цитотоксигенные кишечные палочки (ВТКП).
Их название обусловлено тем, что продукция Веро-токсина поддтверждается тестированием штаммов по цитотоксическому эффекту на клетки линии Vero.
Esch. coli O157 – основная серогруппа, обнаруживаемая при инфекция ВТКП у человека. ВТКП продуцируют один или оба Веро-цитотоксина (ВТ1 и ВТ2). ВТ1 близко родственен так называемому Шига- токсину, образуемому штаммами Shigella dysenteriae типа 1 и иногда называется поэтому Шига-подобным токсином. ВТКП вызывают различные симптомы от умеренной водянистой диареи до тяжелой диареи с большими количествами свежей крови в стуле ( геморрагический колит ). Серьезным осложнением, особенно у детей, гемолитический уремический синдром.
Значение ВТКП в патологии человека стало понятным только после установления связи между ВТКП и двумя заболеваниями ранее неизвестной этиологии – геморрагическим колитом и гемолитико-уремическим синдромом (ГУС).
Геморрагический колит – понос с выраженной геморрагией, обычно в отсутствии гипертермии. Этому обычно предшествует боль в животе и водянистый понос. Вспышки были описаны в США в 1982 г. и с тех пор были сообщения о вспышках и спорадических случаях в ряде других стран.
Гемолитико-уремический синдром характеризуется острой почечной недостаточностью, микро-ангиопатической гемолитической анемией и тромбоцитопенией. ГУС встречается во всех возрастных группах, но более часто у новорожденных и маленьких детей и является главной причиной почечной недостаточности у детей. ГУС может классифицироваться на две основных подгруппы; «типичный» ГУС ассоциирован с продромальным кровавым поносом, в то время как «атипичная» форма встречается без диарейной стадии. Esch. coli O157 встречается при типичной форме ГУС.
ВТКП-инфекция у человека может быть связана с рядом клиниче-
ских признаков от умеренного, некровавого поноса до серьезных прявле-
ний типа ГУС, причем широкий спектр заболеваний может встречаться
даже в пределах одной вспышки. ВТКП-инфекция может также сопровождаться тромбоцитопенической пурпурой, при которой клинические особенности ГУС осложняются неврологическими поражениями и лихорадкой
ВТКП также являются возбудителями заболеваний животных, особенно телят и свиней.
Когда ВТ был впервые описан, обнаружилось, что он очень похож на Шига-токсин, продуцируемый штаммами Sh. dysenteriae типа 1 в отношении биологических свойств, физических характеристик и антигенности. Поэтому термин использовался, чтобы описать токсин, образованный штаммами Esch. coli, и широко используются оба термина, Веро-токсин и «Шига-подобный токсин». ВТ, который нейтрализуется антисывороткой против Шига-токсина, теперь обозначается ВТ1, а второй ВТ, вначале обнаруженный у штаммов серогруппы О157 и не нейтрализующийся антисывороткой против Шига-токсина, назван ВT2. Подобно Шига-токсину, ВТ1 и ВТ2состоят из субъединиц А и В. У обоих токсинов субъединица А обладает биологическими действиями токсина, в то время как субъединица В, как полагают, обеспечивает прикрепление и опосредованного рецептором поглощения токсина. ВТ1 и ВТ2 обладают таким же биологическим действием, как и Шига-токсин: цитотоксичность для линий клеток Vero и HeLa, энтеротоксичность в изолированных петлях кишки кролика и паралитическое действие с гибелью мышей.
Гены, контролирующие образование ВТ - бактериофаг, закодированный в некоторых штаммах Esch. coli. ВТ гены были клонированы в Esch. coli K12 от бактериофагов, полученных из штаммов серогрупп O26 и O157 и были получены молекулярные зонды для ВT генов.
В изучении действия ВТ1 использовались клетки эндотелия пуповины человека. Обнаружен прямой, дозо-зависимый цитотоксический эффект на эти клетки в культуре и наиболее чувствительны активно делящиеся клетки. Так как характерным почечным поражением при ГУС является микроангиопатия капилляров, исследования с такой моделью подкрепляют гипотезу о том, что первичная точкой приложения для ВТ - эндотелиальные клетки сосудов.
Наличие плазмиды у ВТКП серогруппы О157 необходимо для образования фимбрий, которые определяют прикрепление небольших количеств бактерий в тканевой культуре. Однако, поверхностные структуры, иные, чем фимбрии, могут обеспечить прикрепление микроорганизмов. ДНК-зонды, полученные из этой плазмиды, были использованы для обнаружения ВТКП.
Вспышки ВТКП происходили в общинах, в санаториях для пожилых и в детских учреждениях. Наиболее тяжелые клинические проявления обычно отмечались у стариков и детей.
Пища - важный фактор передачи ВТКП-инфекции. При нескольких вспышках геморрагического колита, вызванного Esch. coli О157 в США и Канаде, возбудитель был выделен гамбургеров и непастеризованного молока. Esch coli О157: H7 была также выделена от здоровых телят на фермах, связанных со случаями, вызванными потреблением молока, и вполне вероятно, что рогатый скот является резервуаром Esch. coliО157: H7.
Другие виды эшерихий (Esch. blattae, Esch. fergussonii, Esch. germanii, Esch. vulneris) изучены мало.
