Общая микробиология
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
Факторы патогенности эшерихий. Основными факторами патогенности эшерихий являются факторы адгезии и колонизации, факторы инвазии, эндотоксины и экзотоксины. Факторы адгезии и колонизации необходимы для прикрепления бактерий к клеткам организма и колонизации тканей. Адгезины представляют собой либо поверхностные фимбриальные структуры (пили), либо нефимбриальные белки наружной мембраны. Адгезины СFА/I-СFА/V1 (англ. colonization factor antigen) представляют собой фимбриальные структуры. Гены, детерминирующие образование CFA, локализуются в плазмидах. Адгезин Adhesion Henle-407 также относятся к фимбриальным факторам, выявляемым по способности бактерий прикрепляться к клеткам Henle-407. Фимбриальные адгезины патогенных штаммов кишечной палочки представляют собой D-маннозочувствительные (MS) либо D-маннозорезистентные (MR) пили или фимбрии в зависимости от того, препятствует D-манноза связыванию бактерий с рецепторами на поверхности клеток или нет. Морфологически маннозочувствительные фимбрии относятся к фимбриям I типа. Они экспрессируются на поверхности практически всех E. coli и большинства представителей семейства Enterobacteriaceae (Salmonella, Klebsiella и др.). На поверхности одной клетки присутствует 200-500 фимбрий. Каждая фимбрия представляет собой молекулу специфического белка FimH, закрученную в спираль. Пили I типа узнают маннозный рецептор эпителиальных клеток. В зависимости от того, с какими рецепторами связываются фимбриальные адгезины, выделяют фимбрии I типа (рецептором является олигосахарид кишечного эпителия), P-фимбрии (рецептор – гликосфинголипид энтероцитов), S-фимбрии (рецептор – нейраминовая кислота энтероцитов). Белок наружной мембраны ЕАF (англ. enteropathogenic Е. coli adherence factor) или интимин относится к числу афимбриальных адгезинов. Он кодируется хромосомным геном еаеА. EAF обнаружен у бактерий, способных прикрепляться к клеткам НЕр-2. Афимбриальные адгезины, кодируемые хромосомным геном afa, обусловливают адгезию эшерихий на рецепторах уроэпителиальных клеток. Еще одним афимбриальным адгезином является белок карлин (curli), который кодируется геном csg и связывается с фибронектином и ламинином межклеточного матрикса. Карлин обусловливает адгезию, клеточную агрегацию и образование биопленок на слизистых оболочках. Факторы инвазии. Роль факторов инвазии выполняют белки наружной мембраны, кодируемые плазмидой с молекулярной массой 140 МД. Эта плазмида идентична плазмиде шигелл, кодирующей синтез поверхностных белков (IPAантигенов) и белка VirG. C их помощью энтероинвазивные Е. coli проникают в эпителиальные клетки кишечника, размножаются в них и вызывают их разрушение. Интимин - белок молекулярной массы 94 кД, кодируется геном eae. Комплекс интимина с рецептором Tir инициирует полимеризацию актина цитоскелета в области прикрепления бактерий. В результате этого облегчается процесс проникновения бактерий в эпителиальные клетки. Система секреции III типа (Т3SS) обеспечивает перенос эффекторных бактериальных белков из микробной клетки непосредственно в цитоплазму эукариотической клетки – мишени. Экзотоксины. К числу экзотоксинов эшерихий относятся энтеротоксины и шига-подобные токсины. Энтеротоксины стимулируют гиперсекрецию эпителиальными клетками кишечника ионов натрия, калия, хлора, бикарбонат-ионов, что приводит к нарушению водно-солевого обмена и развитию диареи. Существуют термолабильные энтеротоксины (LT - labile toxin) и термостабильные энтеротоксины (SТ - stable toxin). Среди термолабильных энтеротоксинов выделяют LT-1 и LT-2. В патологии человека ведущее значение имеет LT-1. Ген, кодирующий LT-1 (elt или etx) расположен на плазмиде. Молекула LT-1 состоит из субъединиц А и В. Фрагмент В связывается с рецепторами на мембране энтероцитов (Gm1-ганглиозид) и формирует трансмембранный канал, по которому субъединица А проникает в клетку и активирует аденилатциклазу. В результате этого в клетке повышается уровень цАМФ и нарушается водно-солевой обмен: подавляется всасывание натрия, хлоридов и воды на вершине ворсинок и стимулируется секреции этих ионов в криптах. Среди термостабильных энтеротоксинов также выделяют два типа: ST-1 (STa) и ST-2 (STb). Гены, кодирующие синтез ST-1 (estА), входят в состав мобильного генетического элемента. От человека выделяют кишечные палочки, синтезирующие преимущественно ST-1. Энтеротоксин ST-1 связывается с рецептором энтероцитов и увеличивает внутриклеточную концентрацию циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ). В результате этого стимулируется секрецию хлоридов и ингибируется абсорбцию натрия, что приводит к потере жидкости кишечником. Рецепторы к этому токсину в большей степени имеются на энтероцитах тонкой кишки, поэтому тонкая кишка преимущественно и вовлекается в патологический процесс. Шига-подобный токсин аналогичен экзотоксину Shigella dysenteriae. Его называют SLT, Stх (Shiga-like toxin или Shiga toxin) или VT (Verotoxin). Шигаподобный токсин E. coli и токсин S. dysenteriae отличаются только одной аминокислотой. Различают два типа этого токсина: SLT-1 (Stx-1) и SLT-2 (Stx-2). SLT-1 нейтрализуется антисывороткой к токсину Шига, а SLT-2 не нейтрализуется антисывороткой к токсину Шига. Шига-подобные токсины внутри энтероцитов блокируют биосинтез белка. Синтез токсинов SLT-1 и SLT-2 контролируется как генами бактериальной хромосомы, так и генами умеренных бактериофагов 933J (SLT-1) и 933W (SLT-2). Рецепторами для SLT служат гликолипиды Gb3 и Gb4. Штаммы эшерихий образуют оба токсина одновременно или только какой-нибудь один из этих токсинов. Кишечные палочки, продуцирующие Шига-подобный токсин, обозначаются как STEC. К этой группе относится штамм E. coli О157:Н7. Именно этот токсин обусловливает развитие геморрагического колита, гемолитикоуремического синдрома (ГУС, HUS). Эндотоксин эшерихий представляет собой липополисахарид (ЛПС), который определяет специфичность О-антигена бактерий. Антигенная специфичность обусловлена структурой повторяющейся боковой цепочки углеводов (О-антигена). ЛПС вызывает повреждение сосудов микроциркуляторного русла слизистой оболочки кишечника, обусловливает экспрессию цитокинов, что приводит к развитию воспаления. Гемолизин – термолабильный высокомолекулярный белок, лизирующий эритроциты. Гемолизин является порообразующим цитолизином. Ген гемолизина (hly) может локализоваться как на хромосоме, так и на плазмиде патогенных эшерихий. Синтез гемолизина отмечается у многих энтеропатогенных, энтеротоксигенных, уропатогенных штаммов. Возможен горизонтальный перенос плазмид, содержащих hly-ген, между энтеробактериями. CNF (цитотоксический некротический фактор) типа 1 и 2 (CNF 1/2) представляет собой деамидазу, повреждающую белки, которые являются регуляторами актинового цитоскелета. Этот фактор обнаружен у уропатогенных штаммов кишечной палочки. Ген, кодирующий CNF, локализуется на хромосоме в составе “островка патогенности”. В эукариотических клетках CNF вызывает складчатость мембраны, реорганизацию актиновых волокон, изменение репликации ДНК с образованием гигантских многоядерных клеток. CLDT (cytolethal distending toxin - цитолетальный дилатирующий или разрыхляющий токсин) обусловливает фрагментацию ядра, увеличение и гибель клетки. Кодируется геном cdt. Колицины – термостабильные белки, подавляющие рост родственных бактерий. Известно 25 различных колицинов (А, В, С, D и др.). Считают, что колициногенность у патогенных эшерихий способствует их распространению в кишечнике и поэтому может рассматриваться как один из факторов патогенности. Факторы патогенности диареегенных Е. coli контролируются не только хромосомными генами, но и генами плазмид и умеренных бактериофагов. У Е. coli обнаружены Со1-, R-, F-, Н1у- и Ent-плазмиды. Эшерихии, способные вызвать заболевания, обладают разным набором факторов патогенности. Гены, детерминирующие патогенность эшерихий, обнаруживаются в составе хромосомы в виде островов патогенности (PAI – Pathogenicity island), переносятся с помощью плазмид, бактериофагов, транспозонов. Острова патогенности содержат гены, определяющие синтез адгезинов, факторов колонизации, инвазии. Плазмиды эшерихий несут гены, детерминирующие синтез энтеротоксинов, фимбриальных факторов адгезии и колонизации, устойчивость к антибиотикам. Гены, отвечающие за продукцию термостабильного энтеротоксина, находятся в транспозонах. Умеренные бактериофаги переносят гены, кодирующие шига-подобные токсины энтерогеморрагических эшерихий. Экология эшерихий. Естественным местом обитания эшерихий является дистальный отдел кишечник человека, животных, птиц, пресмыкающихся, рыб. Эшерихии относятся к санитарно-показательным микроорганизмам. Присутствие кишечной палочки в воде, почве, на пищевых продуктах, предметах обихода свидетельствует о фекальном загрязнении объектов внешней среды. Эпидемиология. Источником инфекции при эшерихиозе является больной человек или бактерионоситель, хотя здоровое носительство выявляется редко – в 2- 3% случаев. В некоторых случаях источником инфекции является крупный рогатый скот и овцы (при инфицировании энтерогеморрагическими эшерихиями). Механизм передачи инфекции – фекально-оральный. Пути передачи – водный, пищевой, бытовой. По данным ВОЗ, заражение энтеротоксигенными и энтероинвазивными эшерихиями чаще происходит пищевым путем, а энтеропатогенными эшерихиями – контактно-бытовым путем. Нередко заболевания связаны с инфицированным молоком и молочными продуктами. Заболевания, вызванные патогенными эшерихиями, чаще всего встречается у путешественников (диарея путешественников), посещающих страны с жарким климатом. Предполагается, что распространению инфекций способствует загрязнение объектов внешней среды сточными водами, нарушение санитарно-гигиенических условий, контаминация эшерихиями продуктов питания (мясных, молочных и овощных продуктов). По данным ВОЗ, эшерихиозы занимают первое место среди диарейных заболеваний у новорожденных и детей раннего возраста. Патогенез и клиника заболеваний. Заболевания, вызванные эшерихиями, отличаются механизмами развития и клиническими проявлениями. Различают следующие группы кишечных палочек: - непатогенные (резидентные) эшерихии; - эшерихии, вызывающие внекишечные заболевания и имеющие эндогенное происхождение; - диареегенные эшерихии экзогенного происхождения. Непатогенные (резидентные) эшерихии являются представителями нормального микробиоценоза кишечника человека. Они совместно с другими представителями нормального микробиоценоза кишечника обеспечивают колонизационную резистентность организма. Типичным представителем непатогенных кишечных палочек является штамм E. coli O6:К5:Н1 Nissle 1917, на основе которого селекционирован вариант E. coli М-17, используемый при производстве пробиотиков. В некоторых случаях эшерихии могут проникать в другие экологические ниши (например, в мочеполовую систему, в желчные пути, органы дыхания и др.). В результате смены экологической ниши такие бактерии могут вызывать гнойновоспалительные процессы, особенно на фоне иммунодефицита (условнопатогенные эшерихии). Такие внекишечные заболевания возникают, как правило, эндогенно и вызываются штаммами, имеющими измененную ферментативную активность по сравнению с резидентными эшерихиями. Среди эшерихий выделяют группу патогенных эшерихий, способных вызывать инфекционные заболевания с локализацией патологического процесса во внутренних органах. К патогенным эшерихиям относятся возбудители парентеральных эшерихиозов или экстраинтестинальные патогенные эшерихии (Extraintestinal pathogenic E. coli - возбудители внекишечных заболеваний) и диареегенные (интестинальные) эшерихии (Diarheagenic E. coli - возбудители острых кишечных инфекций). Патогенные эшерихии имеют экзогенное происхождение. К возбудителям парентеральных эшерихиозов относятся уропатогенные эшерихии (UPEC - Uropathogenic E. coli), эшерихии, вызывающие менингиты новорожденных (NMEC – Neonatal Meningitis E. coli), ассоциированные с сепсисом патогенные эшерихии (SePEC – Sepsis associated pathogenic E. coli). Диареегенные эшерихии в зависимости от наличия тех или иных факторов патогенности и патогенетических особенностей заболевания подразделяются на следующие группы: - энтеротоксигенные E. сoli (Enterotoxigenic E. coli - ETEC, энтеротоксигенные кишечные палочки - ЭТКП); - энтероинвазивные E. сoli (Enteroinvasive E. coli - EIEC, энтероинвазивные кишечные палочки - ЭИКП); - энтеропатогенные E. сoli (Enteropathogenic E. coli - EPEC, энтеропатогенные кишечные палочки - ЭПКП); - энтерогеморрагические E. сoli (Enterohemorragic E. coli - EHEC, энтерогеморрагические кишечные палочки - ЭГКП). - энтероагрегативные (энтероагрегирующие, энтероадгезивные или энтероадгерентные) кишечные палочки (Enteroaggregative E. coli - EAEC, энтероагрегативные кишечные палочки - ЭАгКП); - диффузно-адгерентные (диффузно-агрегативные, диффузно-агрегирующие) кишечные палочки (Diffusely Adherent E. coli - DAEC, диффузно-адгерентные кишечные палочки - ДАКП). Уропатогенные кишечные палочки относятся к серогруппам, имеющим фимбриальные Р- и S-адгезины к эпителию мочевыводящих путей, специфические афимбриальные адгезины, выраженную капсулу, продуцирующим цитотоксический некротизирующий фактор и обладающим гемолитической активностью за счет наличия Hly-плазмиды. Инфицирование часто происходит у женщин, чему способствуют особенности мочевыводящей системы. Бактерии попадают в мочевой пузырь из устья уретры, размножаются в моче и вызывают воспаление (цистит). В развитии воспаления важное значение принадлежит провоспалительным цитокинам - хемокинам (прежде всего интерлейкину 8), продуцируемым эпителиоцитами при взаимодействии с уропатогенными штаммами. Уропатогенные эшерихии относятся к серогруппам О1, О4, О6, О18. Эшерихии, вызывающие менингиты, чаще всего обнаруживаются у недоношенных детей. Они обладают микрокапсулой, состоящей из полимера сиаловой кислоты. Микрокапсула препятствует фагоцитозу бактерий. Подобные эшерихии проникают в кровяное русло и затем в центральную нервную систему. NMEC обладают S-фимбриями, обеспечивающими адгезию клеток на ламинине (гликопротеине базальных мембран) и фибронектине (гликопротеине внеклеточного матрикса). Преобладающее значение при этой патологии имеет серовар О18. Ассоциированные с сепсисом эшерихии обладают фимбриальными и афимбриальными адгезинами, устойчивостью к фагоцитозу. Основными факторами патогенности SePEC являются S-фимбрии, афимбриальные адгезины и липополисахарид (ЛПС). Энтеротоксигенные кишечные палочки поражают тонкий кишечник. Основными факторами патогенности ЭТКП являются факторы колонизации, термолабильный и термостабильный энтеротоксины. За счет факторов адгезии и колонизации (CFA/I, CFA/II, CFA/IV) происходит заселение проксимальных отделов тонкого кишечника. Одновременно ЭТКП продуцируют термолабильный (LT) и термостабильный (ST) энтеротоксины, которые нарушают водно-солевой обмен в кишечнике, активируя аденилатциклазную и гуанилатциклазную системы. В результате этого цАМФ подавляет всасывание электролитов и воды каемчатыми клетками ворсинок и одновременно стимулируют их секрецию клетками крипт. ЭТКП вызывают развитие диарейного синдрома – холероподобного заболевания (диареи путешественников). Для развития заболевания достаточна заражающая доза 108 -1010 клеток. Инкубационный период составляет 1-3 дня. Клинически инфекция начинается остро и сопровождается водянистой профузной диареей, тошнотой, рвотой, кишечными спазмами, лихорадкой, резким обезвоживанием. Стул жидкий, водянистый, до 10-15 раз в сутки. Диарея с водянистыми испражнениями без примеси слизи и крови называется секреторной вследствие гиперсекреции ионов натрия, хлора и воды каемчатыми клетками при снижении всасывания электролитов и воды ворсинчатыми клетками слизистой оболочки. Температура тела обычно нормальная, иногда – субфебрильная. Продолжительность заболевания 3-5 дней. Вспышки водные, реже - пищевые. Сезонность летняя. Болеют дети в возрасте от 1 года до 3 лет и взрослые. К числу ЭТКП относятся серогруппы О6, О8, О15, О20, О25, О27, О63, О78, О80, О85, О115, О128ас, О139, О148, О153, О159 и др. Энтероинвазивные эшерихии внедряются и размножаются в клетках эпителия нижнего отдела подвздошной и толстой кишки (внутриклеточное паразитирование). Основными факторами патогенности ЭИКП являются факторы адгезии, колонизации и инвазии (EAF, CFA, инвазины). Эти факторы детерминированы как хромосомными, так и плазмидными генами. В частности, в составе крупной плазмиды находятся гены ipa, ipg, mod, spa. Гены ipa и ipg кодируют белки, опосредующие процесс проникновения бактерий в клетку. Гены mod и spa кодируют белки, формирующие систему секреции III типа. С помощью этой системы происходит поступление инвазинов IpaA-D и IpgD в клетку. Инвазины являются эффекторными белками, обеспечивающими проникновение ЭИКП в клетки слизистой оболочки кишечника и распространение возбудителя в соседние клетки в результате реорганизации цитоскелета эпителиоцитов. ЭИКП внедряются в эпителиальные клетки слизистой оболочки кишечника, размножаются в них и вызывают деструкцию слизистой оболочки. Инкубационный период составляет 1-2 дня. ЭИКП вызывают острое дизентериеподобное заболевание, характеризующееся непродолжительной водянистой диареей, токсикозом, слабостью, схваткообразными болями в животе. Характерно повышение температуры до 38-39ОС. Стул жидкий, до 10 раз в сутки. В кале возможна примесь крови и слизи (диарея инвазивного типа). Длительность заболевания 5-7 дней, иногда до 2 недель. Заражающая доза составляет 105 клеток. Болеют дети в возрасте от 1,5 до 2 лет, но могут болеть подростки и взрослые. Сезонность летне-осенняя. Вспышки пищевые, водные. К ЭИКП относятся серогруппы О28ас, О29, О124, О136, О143, О144, О152, О164, О167. Энтеропатогенные эшерихии поражают тонкий кишечник. Они экспрессируют белок наружной мембраны интимин, пучок-формирующие пили IV типа (фимбрии BfpА – bundle-forming pili), эффекторные белки (Tir, EspG, EspF, Map, EspH), поверхностные белки EspA, EspB, EspD, фактор адгезии и колонизации типа ЕАF. Синтез пилей IV типа закодирован в плазмиде. Вначале бактерия прикрепляется к энтероцитам посредством пучок-формирующих пилей BfaA. После адгезии активируется система секреции III типа (T3SS), в результате чего в клетку поступает перемещаемый рецептор для интимина (Tir) и эффекторные белки. Рецептор для интимина вклинивается в клеточную мембрану. Интимин и пили обеспечивают тесное соприкосновение бактерии с эпителиальной клеткой, а эффекторные белки, вводимые с помощью Т3SS, вызывают концентрирование актина и других элементов цитоскелета под областью прикрепления микробной клетки. В результате этого мембрана эпителия возвышается в виде пьедестала. ЭПКП прикрепляются к клеткам эпителия, размножаются на поверхности эпителия и разрушают микроворсинки (эффект “прикрепления и сглаживания” – А/Е, attaching and effacing), что приводит к эрозиям эпителия. А/Еактивность детерминируется генами, локализованными в одном из “островков патогенности” (PAI). Инкубационный период при инфекции, вызванной ЭПКП составляет 1-5 дней. Клинически при этой инфекции наблюдается продолжительная водянистая диарея, боли в животе, рвота, симптомы обезвоживания (колиэнтерит). Характерна рвота 2-3 раза в день и жидкий стул до 5-8 раз в сутки. Иногда в стуле обнаруживается примесь слизи. Характерен контактно-бытовой путь инфицирования. Чаще заболевают дети в возрасте до двух лет. Заболевание может протекать как внутрибольничная инфекция в отделениях для новорожденных. Сезонность не выражена. Вспышки бытовые, редко пищевые. К ЭПКП относятся серогруппы О18, О44, О55, О86, О111, О112, О114, О119, О125, О126, О127, О128 аb, О142. |