Род Escherichia включает несколько видов, из которых в патологии человека и животных имеет значение только вид E.coli, впервые описанный в 1885г. Т.Эшерихом.
Морфология. E.coli – прямые грамотрицательные палочки размером 0,4-0,6х2,0-6,0 мкм, подвижные за счет перитрихиально[A2] расположенных жгутиков. Для некоторых характерно наличие микрокапсулы, построенной из гомополимера сиаловой кислоты; таки штаммы обозначают как К+.
Культуральные свойства. На плотных средах образуют колонии в S- иR-формах. Колонии вS-форме гладкие, блестящие, полупрозрачные. На жидких средах образуют диффузное помутнение и придонный осадок.
Биохимические свойства. Обладает выраженной биохимической активностью:
1) Реакция Фогеса-Проскауэра – отрицательно
2) Образование индола – положительно
3) Образование H2S –отрицательно
4) Утилизация цитрата – отрицательно
5) Утилизация малоната – отрицательно
6) Гидролиз мочевины – отрицательно
7) Продукция лизиндекарбоксилазы – положительно
8) Продукция орнитиндекарбоксилазы – отрицательно
9) Газообразование при расщеплении глюкозы – положительно
Образование кислоты при ферментации:
1) Лактозы – положительно
2) Маннита – положительно
Биохимические свойства, составляющие основу дифференциальной диагностики при проведении бактериологического исследования, следующие: продукция кислоты и газа при ферментации глюкозы, ферментация лактозы, неспособность образовывать сероводород, продукция индола.
Антигенная структура. E.coli имеет О-, К- и Н-антигены. О-антиген (более 170 разновидностей) определяет серогруппу. Поверхностный К-антиген может быть представлен тремя антигенами (А, В и L), отличающимися по чувствительности к температуре и химическим веществам. У эшерихий встречается более 97 разновидностей К-антигена, преимущественно В-типа. К-антиген обладает способностью маскировать О-антиген, вызывая феномен О-инаглютинабельности. В этом случае О-антиген можно выявить только после разрушения К-антигена кипячением. Н-антиген является типоспецифическим антигеном, определяющим серовары, которых насчитывается более 57. Антигенная структура обозначается формулами серогруппы как О:К, серовара – О:К:Н, например О12:В6:Н2.
Резистентность. В течение нескольких месяцев сохраняется в воде и почве. Погибает при нагревании до 55℃ в течение 60 мин, при 60℃ - в течение 15 мин. Эшерихии в окружающей среде способны переходить в некультивируемую форму.[A3]
Экология и патогенез. Вид E.coliне однороден: он включает условно-патогенные и патогенные эшерихии.
Условно-патогенные эшерихии. Основная масса эшерихий является облигатным представителем микрофлоры кишечника и влагалища человека, а также микрофлоры кишечника млекопитающих, птиц, рептилий, рыб. В составе микрофлоры толстой кишки они выполняют много полезных функций: являются антагонистами патогенных кишечных бактерий, гнилостных бактерий и грибов рода Candida; участвуют в синтезе витаминов группы В, Е и К; частично расщепляют клетчатку. Эти эшерихии рассматриваются как непатогенная флора. Хотя в редких случаях (у иммунодефицитных лиц) при попадании в другую экологическую нишу они могут вызывать развитие инфекционного заболевания, протекающего в виде сепсиса, вторичной пневмонии, нагноения ран. Из условно-патогенных E.coli могут формироваться полирезистентные к антибиотикам штаммы за счет приобретения R-плазмид, которые становятся возбудителями внутрибольничных инфекций.
Патогенные эшерихии отличаются от условно-патогенных возможностью синтеза факторов патогенности, которые генетически связаны с наличием островов патогенности, конвертирующих фагов и плазмид вирулентности. Патогенные эшерихии подразделяются на возбудителей парентеральных эшерихиозов и диареегенные эшерихии – возбудители кишечного эшерихиоза, острых кишечных инфекций. Среди возбудителей парентеральных эшерихиозов выделяют уропатогенные эшерихии, являющиеся возбудителями воспалительных процессов мочевыводящей системы. Некоторые из них обладают гемолитическими свойствами. Другие возбудители парентеральных эшерихиозов способны вызывать генерализованные процессы в виде сепсиса и менингита. Около 80% менингитов связаны с E.coli, которой новорожденный заражается при прохождении через родовые пути. E.coli, вызывающая менингит у новорожденных, обладает микрокапсулой, состоящей из гомополимера сиаловой кислоты. Наличие микрокапсулы придает возбудителю антифагоцитарные свойства, так как микрокапсула перестает опсонизироваться из-за потери способности активировать комплемент.[A4]
Диареегенные E.coli не являются однородной группой. Они подразделяются на несколько категорий, исходя из наличия у них определенных факторов патогенности, их генетической детерминации, особенностей эпидемиологии, патогенеза и клинических проявлений вызываемого заболевания. В пределах каждой категории имеется определенный состав О-серогрупп или О:Н-сероваров.
По составу О-серогрупп проводится первичная дифференциация диареегенных E.coli от условно-патогенных. Основные категории диареегенных E.coli: энтеротоксигенные (ЭТКП), энтероинвазивные (ЭИКП), энтеропатогенные (ЭПКП), энтерогеморрагические (ЭГКП) и энтероаггрегативные кишечные палочки (ЭАГКП). Кроме них, имеется еще три недостаточно изученные категории диареегенных кишечных палочек.
ЭТКП служат возбудителями холероподобных заболеваний у детей и взрослых. Патогенность определяется выработкой термолабильного (LT), структурно и функционально связанного с холерным токсином, и термостабильного (ST) энтеротоксинов, датерминированных Ent-плазмидой, и факторами колонизации CF(от англ. colonizationfactor), синтез которых также детерминируется плазмидами. Благодаря CFЭТКП размножаются на поверхности эпителия тонкой кишки. Колонизация ЭТКП поверхности слизистой тонкого кишечника обеспечивает массивный выброс энтеротоксинов, которые нарушают водно-солевой обмен в кишечнике, приводя к развитию водянистой диареи. Механизм развития диарейного синдрома связан с активацией LTаденилатциклазы кишечника, а ST – гуанилатциклазы. С ЭТКП связано 17 серогрупп, среди них серовары О6:Н16, О8:Н9, О78:Н11, О148:Н28. Заражение ЭТКП происходит водным и алиментарным путям.
ЭИКП способны внедряться и размножаться в эпителиальных клетках слизистой стенки толстого кишечника, вызывая их деструкцию. Это обусловлено наличием плазмиды 140 МД, идентичной таковой у шигелл, которая кодирует синтез поверхностных белков, IPA-антигенов, опосредующих процесс инвазии в клетки слизистой толстого кишечника; и белка VirG, обеспечивающего сборку актина. Результатом действия этих факторов патогенности является развитие дизентериеподобного заболевания. Заражение ЭИКП происходит водным и алиментарными путями, возможны вспышки внутрибольничных инфекции, вызванных ЭИКП. С ЭИКП связаны серогруппы О124, О144, О152 (более 9 серогрупп).
ЭПКП вызывают диарею у детей первого года жизни. Возбудитель передается в основном контактно-бытовым путем, заболевание часто протекает как внутрибольничная инфекция в отделениях для новорожденных и грудных детей, находящихся на искусственном вскармливании. ЭПКП размножаются на поверхности эпителия тонкого кишечника с разрушением микроворсинок и повреждением апикальной поверхности эпителия. Этот процесс известен под названием «прикрепление и сглаживание» и обеспечивается пилями 4-го типа, синтез которых связан с плазмидой размером 60 мДа, а также белком-интимином и эффекторными белками ТТСС, белком наружной мембраны, детерминированными хромосомными генами. С ЭПКП связаны серогруппы О55, О111, О26, О18 (всего 13), некоторые серовары, например, О55:Н10, О111:Н2, О26:ОNM, продуцируют Шига-подобные токсины.
ЭГКП вызывают ц людей кровавый понос (геморрагический колит) с последующим осложнением в виде гемолитического уремического синдрома, тромботической тромбоцитопенической пурпуры. Наибольшее эпидемическое значение имеет ЭГКП серовара О157:Н7 и О157:НNM, а также О104:Н4. Источником инфекции являются крупный рогатый скот и овцы. Основной путь передачи – алиментарный через мясо, прошедшее недостаточную термическую обработку. Поражаются слепая, восходящая и поперечная толстые кишки. Механизм взаимодействия с ЭГКП с поверхностным эпителием кишки происходит так же, как и у ЭПКП, по 2-му типу, благодаря наличию на хромосоме острова патогенности, кодирующего ТТСС и белок-интимин.
Развитие гемолитического колита и уремического синдрома связано со способностью продуцировать Шига-подобные токсины, синтез которых опосредуется конвертирующими бактериофагами. В этом процессе принимают участие кодируемые плазмидой О157 серинпротеаза, которая нарушает процесс свертывания крови, действуя на V-фактор, и гемолизин, который также способствует нарушению барьерной функции кишечника. У ЭГКП обнаруживаются два типа Шига-подобных токсина. Серовар О157:Н7 может синтезировать как один, так и оба типа. Серовар О157 не обладает способностью утилизировать сорбит, что используется при проведении бактериологического исследования.
ЕАГКП являются преобладающим этиологическим антигеном персистирующей диареи в развивающих странах и медленно текущей диареи в индустриально развитых странах. Особенность возбудителя заключается в том, что он прикрепляется к эпителиальным клеткам в характерной манере, напоминающей укладку кирпичей. Прикрепляясь к слизистой поверхности кишечника, они стимулируют продукцию слизи, приводя к образованию толстой биопленки, инкрустированной ЕАГКП. Образование биопленки усиливает персистенцию микроба и создает барьер, препятствующий проникновению антибиотиков и антибактериальных факторов хозяина.
В развитии патогенеза заболевания участвуют адгезины (AAF), синтез которых опосредуется плазмидой 65 МД, высокоиммуногенный белок дисперзин, который, связываясь с клеточной поверхностью, принимает участие в образовании биопленки; термостабильный энтеротоксин и токсины с цитотоксическим эффектом.
Иммунитет. Парентеральные эшерихиозы чаще возникают на фоне иммунодефицитных состояний. Надежный иммунитет к ним не вырабатывается. При кишечных эшерихиозах развивается местный иммунитет, опосредованный секреторным IgA. После кишечного эшерихиоза, вызванного ЭТКП, происходит выработка антител к субъединице BLT, иммунологически родственной субъединице Bхолерного токсина.
У детей первого года жизни пассивный транспланцентарный иммунитет к ЭИКП обеспечивается IgG. Врожденный иммунитет детей первого года жизни формируется колонизацией кишечника к 5-му дню жизни бифидобактериями и антителами, находящимися в материнском молоке.
Профилактика. Специфическая профилактика не разработана. Неспецифическая профилактика сводится к соблюдению санитарно-гигиенических правил, санитарному контролю за источниками водоснабжения, пищевыми предприятиями, продуктами питания.
Микробиологическая диагностика. Материалом для исследования при кишечных эшерихиозах служат испражнения, а при парентеральных – материал из соответствующего инфекционного очага (моча, отделяемое раны, кровь). Исследуемый материал (кроме крови) засевается на дифференциальные лактозо-содержащие среды; после инкубации при 37℃ в течение 18 ч отбираются колонии, агглютинирующиеся поливалентной ОВ-агглютинирующей сывороткой, которые идентифицируются до вида по биохимическим тестам, с последующим определением их серологического варианта.
Шигеллы (род Shigella)
Род Shigella получил название по имени К.Шига, который в 1898г. Детально изучил микроб, известный в настоящее время под названием S.disenteriae 1-серовара.
Род Shigella включает четыре вида, которые различаются по юиохимическим свойствам и антигенной структуре: S.disenteriae (12 сероваров), S.flexneri (9 сероваров), S.boydii (18 сероваров), S.sonnei (1 серовар).
Морфология. Шигеллы представлены неподвижными грамотрицательными палочками размеров 0,5-0,7х2-3 мкм. Спор т капсул не образуют.
Культуральные свойства. Хорошо культивируются на простых питательных средах. На плотных средах образуют мелкие, гладкие, блестящие, полупрозрачные колонии; на жидких – диффузное помутнение. Жидкой средой обогащения является селенитовый бульон. У S.sonnieпри росте на плотных средах происходит S- и R-диссоциация.
Биохимические свойства. Обладают слабой биохимической активностью по сравнению с представителями родов Escherichia и Salmonella. Основные биохимические признаки, необходимые для идентификации при выделении чистой культуры: отсутствие газообразования при ферментации глюкозы, продукции сероводорода, ферментации лактозы в течение 48ч. S.sonnei способен ферментировать лактозу медленно, в течение 72 ч. Является наиболее биохимически активным видом; по биохимической активности подразделяется на хемовары.
Резистентность. В зависимости от температуры, влажности, рН и вида возбудителей выживаемость шигелл в окружающей среде, на предметах обихода колеблется от нескольких дней до нескольких месяцев. Наиболее неустойчив вид S.dysenteriae. Шигеллы хорошо переносят высушивание, низкие температуры, но быстро погибают под воздействием прямых солнечных лучей и нагревании (при 60℃ - через 30 мин; при 100℃ - мгновенно). Благоприятной средой для шигелл служат пищевые продукты. S.sonnei в молоке и молочных продуктах способны не только длительно переживать, но и размножаться. Дезинфицирующие средства (гипохлориты, хлорамин, лизол и др.) в обычных концентрациях убивают шигеллы. У некоторых видов, в частности у S.dysenteriae, отмечен переход в некультивируемую форму.
Антигенная структура. Шигеллы обладают соматическим О-антигеном, в зависимости от строения которого происходит их разделение на серовары, а S.flexneri внутри сероваров подразделяются на подсеровары. S.sonnei обладает антигеном 1-й фазы, который является К-антигеном.
Факторы патогенности. Все виды шигелл обладают способностью вызывать инвазию с последующим межклеточным распространением и размножением в эпителии слизистой полости кишечника. Эта способность связана с функционированием крупной плазмиды инвазии, которая имеется у всех четырех видов шигелл. У S.sonnei эта плазмида имеет молекулярную массу 120 мДа и в отличие от аналогичных плазмид других видов детерминирует синтез антигена 1-й фазы. У остальных трех видов плазмида инвазии имеет молекулярную массу 140 мДа.
Плазмида инвазии детерминирует синтез ТТСС, через которую проникают в клетку эффекторные белки-инвазины, ipaBCD (invasionplasmidantigens), которые чувствительны к трипсину. Поэтому процесс инвазии шигелл в эпителий кишечника происходит в толстом кишечнике.
IpaBCD-инвазины обеспечивают процесс инвазии эпителия слизистой толстого кишечника через М-клетки и последующее проникновение шигелл в эпителиоциты слизистой с базальной стороны. Помимо ipaBCD-инвазинов, в патогенезе играют роль белки внутриклеточного распространения, которые вызывают лизис мембраны эукариотической клетки, обеспечивая внутри- и межклеточное распространение. Плазмидные гены начинают экспрессироваться при 37℃ в условиях осмотического давления кишченика.
Шигеллы продуцируют Шига-токсин (ST) и Шига-подобные (ST-L) токсины. Шига-токсин продуцируется S.dysenteriae 1 серовара, остальные шигеллы продуцируют Шига-подобные токсины. Это белковые токсины, состоящие из одной энзиматической субъединицы А и пяти рецепторных субъединиц В, имеющих сродство к рецептору Gb3 (globotriasylceramide), расположенному на мембранах эндотелия капилляров. Субъединица А, проникнув в клетку, взаимодействует с 60S-субъединицей рибосом, необратимо блокируя синтез белка. Эти токсины не имеют гомологии ни с холерным токсином, ни с LT-токсином ЭТКП. Шига- и Шига-подобные токсины накапливаются в периплазматическом пространстве бактерии и выделяются в окружающую среду ее гибели. У шигелл, отличных от S.dusenteriae 1 серовара, вырабатывается в 1000 раз меньше Шига-подобных токсинов, поэтому ареал действия токсина ограничивается стенкой кишечника. У S.dysenteriae 1 серовара токсин попадает в кровь и наряду с эндотелием подслизистой поражает также гломерулы почки, вследствие чего помимо кровавого поноса развивается гемолитический уремический синдром с почечной недостаточностью. Эндотоксин защищает шигеллы от действия низких значений рН и желчи.
Эпидемиология. Шигеллы вызывают заболевания, называемые шигеллезами (старое название – бактериальная дизентерия), которые являются антропонозными инфекциями с фекально-оральных механизмом передачи. Заболевание, вызываемое S.dysenteriae, имеет контактно-бытовой путь передачи, S.flexneri –водный, S.sonnei –алиментарный. Естественная восприимчивость людей высокая, поэтому шигеллезы распространены повсеместно; чаще возникают в виде вспышек алиментарного и водного характера. Ежегодно шигеллезами болеют более 20 млн человек. Чаще болеют дети и жители городов, характерна летне-осенняя сезонность.
Патогенез и клиника. Шигеллез сопровождается поражением толстого кишечника с развитием колита и интоксикацией организма. Заболевание характеризуется сложными начальными этапами патогенеза. Шигеллы взаимодействуют с эпителием слизистой оболочки толстой кишки по 3-му типу. Проникнув через М-клетки в подслизистую, шигеллы взаимодействуют с макрофагами, вызывая их апоптоз. В результате происходит выделение цитокина IL-8, который инициирует развитие воспалительного процесса в подслизистой и как следствие воспалительной диареи. Взаимодействие шигелл с макрофагами приводит их к гибели, следствием чего является выделение IL-1, который инициирует воспаление в подслизистой. Апоптоз фагоцитов позволяет шигеллам проникнуть в эпителиальные клетки с базальной стороны. Межклеточное распространение шигелл приводит к развитию эрозии. При гибели шигелл происходит выделение Шига- и Шига-подобных токсинов, действие которых вызывает появление крови в испражнениях. Патологический процесс ограничивается толстым кишечником. Бактериемия при шигеллезах не наблюдается. Наиболее тяжело протекает шигеллез, вызванный S.dysenteriae 1-го серовара. S.sonnei вызывает развитие заболевания в легкой форме, часто в виде бактерионосительства. Осложнением шигеллезов может быть развитие кишечного дисбактериоза. Летальность при шигеллезах достигает 0,3%.
Иммунитет. В защите от инфекции основная роль принадлежит секреторным IgA, предотвращающим адгезию, и цитотоксической антителозависимой активности интераэпителиальных лимфоцитов, которые вместе с секреторными IgAуничтожают шигеллыю
Микробиологическая диагностика. Основным методом диагностики является бактериологический, материалом для исследования служат испражнения. Для посева отбираются гнойно-слизисто-кровяные образования из средней порции кала, которые при диагностике заболевания непосредственно высеваются на лактозосодержащие дифференциальные питательные плотные среды. В случае выявления бактерионосителей посев испражнений обязательно проводится в селенитовый бульон с последующим выделением возбудителя на плотных лактозосодержащих дифференциальных питательных средах. Среди колоний, выросших на этих средах, отбирают лактозонегативные колонии, которые идентифицируют до вида и серовара, а выделенные культуры S.flexneri – до подсероваров, S.sonnei –до хемоваров. В качестве вспомогательного метода используют серологический метод с постановкой РНГА.
Лечение и профилактика. Для лечения по эпидемиологическим показаниям используют бактериофаг орального применения, антибиотики после определения антибиотикограммы; в случае возникновения дисбактериоза – пробиотики для коррекции микрофлоры. Неспецифическая профилактика сводится к соблюдению санитарно-гигиенических правил приготовления, хранения и реализации пищевых продуктов, норм водоснабжения, соблюдению правил личной гигиены и других мероприятий, аналогичных таковым при кишечном эшерихиозе.