Escherichioses (สกุล Escherichia, E. coli)

ตัวแทนหลักของสกุล Escherichia - E. coli - ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1885 โดย T. Escherich ซึ่งสกุลแบคทีเรียนี้ได้รับชื่อตามเขา ลักษณะสำคัญของสกุลนี้: peritrichous (หรือไม่เคลื่อนที่) หมักแล็กโทสด้วยการก่อตัวของกรดและก๊าซ (หรือแล็กโทสเชิงลบ) ไม่เติบโตในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีซิเตรต ปฏิกิริยา Voges-Proskauer เป็นลบ การทดสอบ MR เป็นบวก ไม่มี phenylalanine deaminase ไม่เติบโตในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มี KCN ปริมาณ G + C ใน DNA คือ 50-51 mol%

สกุล Escherichia ประกอบด้วยแบคทีเรียอย่างน้อย 7 ชนิด โดยแบคทีเรียชนิดที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในทางการแพทย์คือ E. coli โดยเฉพาะแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคในมนุษย์ แบคทีเรียเหล่านี้แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มหลัก ได้แก่ กลุ่มที่ทำให้เกิดโรคนอกลำไส้และกลุ่มที่ทำให้เกิดโรคลำไส้เฉียบพลัน (AID) แบคทีเรียที่เป็นตัวแทนของกลุ่มแรกแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มทางพยาธิวิทยา:

1. เยื่อหุ้มสมอง (MENEC - เยื่อหุ้มสมองอักเสบ E. coli);
2. ภาวะติดเชื้อ (SEPEC - ภาวะโลหิตเป็นพิษ E. coli) และ
3. ทำให้เกิดโรคทางเดินปัสสาวะ (UPEC - E. coli ทำให้เกิดโรคทางเดินปัสสาวะ)

ในทางกลับกัน เชื้อ E. coli ที่ทำให้เกิดการติดเชื้อทางเดินหายใจเฉียบพลันถูกแบ่งออกเบื้องต้นเป็น 4 ประเภท ได้แก่ E. coli ที่ก่อให้เกิดสารพิษในลำไส้ (ETEC); E. coli ที่รุกรานลำไส้ (EIEC); E. coli ที่ก่อโรคในลำไส้ (EPEC) และ E. coli ที่มีเลือดออกในลำไส้ (EHEC) ต่อมามีการระบุประเภทเพิ่มเติมอีก 2 ประเภท ได้แก่ E. coli ที่รวมตัวกับลำไส้ (EAEC) และ E. coli ที่รวมตัวกับลำไส้แบบแพร่กระจาย (DAEC)

นอกจากนี้ E. coli ยังใช้ในมาตรฐานสากลเป็นตัวบ่งชี้ระดับการปนเปื้อนของอุจจาระในน้ำ โดยเฉพาะน้ำดื่มและผลิตภัณฑ์อาหาร

สายพันธุ์มาตรฐานของแบคทีเรียอีโคไล (E. coli K-12) ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการในหลายประเทศทั่วโลกเพื่อศึกษาพันธุกรรมของแบคทีเรีย

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

สัณฐานวิทยา

E. coli เป็นแบคทีเรียที่ไม่ต้องการออกซิเจน สามารถเจริญเติบโตได้ดีในอาหารเลี้ยงเชื้อทั่วไป โดยกลุ่มแบคทีเรียบนวุ้นจะมีรูปร่างกลม นูน และโปร่งแสง การเจริญเติบโตในน้ำซุปจะมีลักษณะขุ่นมัวแบบกระจายตัว อุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตคือ 37 °C โดยจะเจริญเติบโตได้ในช่วง 10 ถึง 45 °C โดยค่า pH ที่เหมาะสมคือ 7.2-7.5 ในอาหารเลี้ยงเชื้อเพื่อการวินิจฉัยแยกโรคทั้งหมด กลุ่มแบคทีเรียที่ย่อยสลายแล็กโทสของ E. coli จะมีสีตามตัวบ่งชี้ (ในอาหารเลี้ยงเชื้อ Endo จะมีสีแดงเข้มและมีประกายแวววาวเป็นโลหะ)

คุณสมบัติทางชีวเคมี

ในกรณีส่วนใหญ่ E. coli สามารถหมักคาร์โบไฮเดรตต่อไปนี้เพื่อสร้างกรดและก๊าซ: กลูโคส แล็กโทส แมนนิทอล อะราบิโนส กาแลกโตส บางครั้งซูโครสและคาร์โบไฮเดรตอื่น ๆ สร้างอินโดล โดยปกติจะไม่สร้าง H2S _ลดไนเตรตเป็นไนไตรต์ ไม่ทำให้เจลาตินเหลว ไม่เติบโตในอาหารอดอาหารที่มีซิเตรต ให้ปฏิกิริยาเชิงบวกกับ MR และปฏิกิริยาเชิงลบกับ Voges-Proskauer จากสัญญาณเหล่านี้สามารถแยกแยะได้ง่ายจากเชื้อก่อโรคหลายชนิด (บิด ไข้รากสาดใหญ่ โรคซัลโมเนลโลซิส ฯลฯ) อย่างไรก็ตาม E. coli ที่ก่อโรคมักจะไม่แตกต่างจากเชื้อที่ไม่ก่อโรคไม่ว่าจะโดยคุณสมบัติทางวัฒนธรรมหรือทางชีวเคมี

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ]

ปัจจัยการก่อโรคของเชื้ออีโคไล

ความสามารถของ E. coli ในการก่อให้เกิดโรคต่างๆ เกิดจากการมีปัจจัยก่อโรคดังต่อไปนี้:

ปัจจัยการยึดเกาะและการสร้างอาณานิคม ปัจจัยเหล่านี้จำเป็นสำหรับการเกาะติดกับเซลล์เนื้อเยื่อและการสร้างอาณานิคม มีการค้นพบปัจจัยการสร้างอาณานิคมสามรูปแบบ ได้แก่ ก) CFA/I-CFA/VI (ปัจจัยการสร้างอาณานิคม) ซึ่งมีโครงสร้างเป็นเส้นใย ข) EAF (ปัจจัยการยึดเกาะของเชื้อ E. coli ที่ก่อโรคในลำไส้) ซึ่งคืออินทิมิน ซึ่งเป็นโปรตีนเยื่อหุ้มชั้นนอกที่เข้ารหัสโดยยีน eaeA พบใน 4 และ EHEC โดยตรวจพบได้จากความสามารถของแบคทีเรียในการเกาะติดกับเซลล์ Hep-2 ค) Henle-407 ที่เป็นเส้นใยซึ่งตรวจพบได้จากความสามารถของแบคทีเรียในการเกาะติดกับเซลล์ Henle-407 ทั้งหมดนี้เข้ารหัสโดยยีนพลาสมิด นอกจากนี้ยังมีการอธิบายปัจจัยการสร้างอาณานิคมอื่นๆ ซึ่งอาจรวมถึงลิโปโพลีแซ็กคาไรด์ของแบคทีเรียด้วย

ปัจจัยการบุกรุก ตัวอย่างเช่น EIEC และ EHEC แทรกซึมเข้าไปในเซลล์เยื่อบุลำไส้ ขยายตัวและทำให้เซลล์ถูกทำลาย ปัจจัยการบุกรุกทำหน้าที่โดยโปรตีนของเยื่อหุ้มชั้นนอก

สารพิษจากภายนอก เชื้อ E. coli ที่ก่อโรคพบว่ามีสารพิษจากภายนอกที่ทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ (ฮีโมไลซิน) ยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีน (ชิกะท็อกซิน) และกระตุ้นผู้ส่งสารรอง (ผู้ส่งสาร-การสื่อสาร) ซึ่งได้แก่ สารพิษ CNF, ST, CT, CLTD, EAST

ฮีโมไลซินถูกผลิตขึ้นโดยเชื้อโรคหลายชนิด รวมทั้งอีโคไล ฮีโมไลซินเป็นสารพิษที่ก่อให้เกิดรูพรุน โดยจะจับกับเยื่อหุ้มเซลล์เป้าหมายก่อน จากนั้นจึงสร้างรูพรุนในเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งทำให้โมเลกุลและไอออนขนาดเล็กเข้าและออกผ่านรูพรุนดังกล่าว ส่งผลให้เซลล์ตายและเม็ดเลือดแดงแตก

ชิกาท็อกซิน (STX) ถูกค้นพบครั้งแรกใน Shigella dysenteriae จากนั้นจึงพบท็อกซินที่คล้ายกัน (ท็อกซินที่คล้ายชิกา) ใน EHEC ท็อกซิน (N-glycosidase) ขัดขวางการสังเคราะห์โปรตีนโดยทำปฏิกิริยากับ 28S rRNA ส่งผลให้เซลล์ตาย (ไซโตท็อกซิน) ชิกาท็อกซินมีอยู่ 2 ประเภท ได้แก่ STX-1 และ STX-2 STX-1 มีคุณสมบัติแอนติเจนเหมือนกับชิกาท็อกซินทุกประการ ในขณะที่ STX-2 มีคุณสมบัติแอนติเจนแตกต่างจากชิกาท็อกซิน และแตกต่างจาก STX-1 ตรงที่ไม่ถูกทำให้เป็นกลางโดยแอนติซีรัมต่อท็อกซินดังกล่าว การสังเคราะห์ไซโตท็อกซิน STX-1 และ STX-2 ถูกควบคุมใน E. coli โดยยีนของโปรฟาจที่แปลงได้ปานกลาง 9331 (STX-1) และ 933W (STX-2)

• ทอกซิน L (พิษที่ไม่ทนต่อความร้อน) คือ ADP-ribosyltransferase โดยการจับกับโปรตีน G ทำให้เกิดอาการท้องร่วง
• สารพิษ ST (สารพิษทนความร้อน) ซึ่งทำปฏิกิริยากับตัวรับกัวนิลเลตไซเคลส จะกระตุ้นการทำงานของสารพิษดังกล่าวและทำให้เกิดอาการท้องร่วง
• CNF (cytotoxic necrotic factor) คือโปรตีนดีอะไมเดสที่ทำลายโปรตีนที่เรียกว่า RhoG สารพิษนี้พบใน UPEC ซึ่งทำให้เกิดการติดเชื้อทางเดินปัสสาวะ
• พิษ CLTD เป็นพิษที่ทำลายเซลล์ กลไกการออกฤทธิ์ยังไม่เข้าใจดีนัก
• EAST toxin คือสารพิษที่ทนความร้อนของ E. coli ในกลุ่ม enteroaggregative (EAEC) ซึ่งน่าจะคล้ายคลึงกับสารพิษที่ทนความร้อน (ST)

เอนโดทอกซินเป็นลิโปโพลีแซ็กคาไรด์ ซึ่งกำหนดความจำเพาะของแอนติเจนในแบคทีเรีย (ซึ่งกำหนดโดยห่วงโซ่ข้างของน้ำตาลที่ซ้ำกัน) และรูปร่างของโคโลนี (การสูญเสียห่วงโซ่ข้างจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของโคโลนี S เป็นโคโลนี R)

ดังนั้น ปัจจัยก่อโรคของ E. coli จึงถูกควบคุมไม่เพียงแต่โดยยีนโครโมโซมของเซลล์โฮสต์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงยีนที่นำเข้ามาโดยพลาสมิดหรือฟาจที่แปลงอุณหภูมิด้วย ทั้งหมดนี้บ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ของการเกิดขึ้นของตัวแปรก่อโรคของ E. coli อันเป็นผลจากการแพร่กระจายของพลาสมิดและฟาจอุณหภูมิระหว่างกัน ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายสั้นๆ ของ 4 หมวดหมู่ของ E. coli ที่ทำให้เกิดการติดเชื้อทางเดินหายใจเฉียบพลัน ข้อมูลเกี่ยวกับหมวดหมู่ DAEC และ EAEC ที่เพิ่งระบุเมื่อไม่นานมานี้ไม่พบในแหล่งข้อมูลที่มีให้เรา

ETEC ประกอบด้วยซีโรกรุ๊ป 17 กลุ่ม ปัจจัยการยึดเกาะและการสร้างอาณานิคมของโครงสร้างเส้นใยของชนิด CFA และเอนเทอโรทอกซิน (LT หรือ ST หรือทั้งคู่) เข้ารหัสโดยพลาสมิดเดียวกัน ปัจจัยเหล่านี้จะเข้าไปสร้างอาณานิคมในวิลลัสโดยไม่ทำลายวิลลัส เอนเทอโรทอกซินทำให้เกิดการละเมิดการเผาผลาญเกลือน้ำ ตำแหน่งที่กระบวนการนี้คือลำไส้เล็ก ปริมาณเชื้อที่ติดเชื้อคือ 108-1010 เซลล์ โรคดำเนินไปในลักษณะท้องเสียคล้ายอหิวาตกโรค โรคระบาดประเภทนี้มักเกิดจากน้ำ ไม่ค่อยเกิดจากอาหาร เด็กอายุ 1 ถึง 3 ปีและผู้ใหญ่ได้รับผลกระทบ

EIEC ประกอบด้วยซีโรกรุ๊ป 9 กลุ่ม ความสามารถในการก่อโรคเกี่ยวข้องกับความสามารถในการแทรกซึมเข้าไปในเซลล์เยื่อบุผิวของเยื่อบุลำไส้และเพิ่มจำนวนภายในเซลล์ ทำให้เกิดการทำลายเซลล์ คุณสมบัติเหล่านี้ได้รับการเข้ารหัสโดยยีนของโครโมโซม นอกเหนือไปจากยีนของพลาสมิด (140 MD) พลาสมิดเข้ารหัสการสังเคราะห์โปรตีนของเยื่อหุ้มชั้นนอก ซึ่งกำหนดการบุกรุก ทั้งพลาสมิดเองและโปรตีนที่เข้ารหัสมีความเกี่ยวข้องกับโปรตีนของเชื้อก่อโรคบิด ซึ่งอธิบายความคล้ายคลึงกันของ EIEC กับเชื้อชิเกลลา ปริมาณเชื้อที่ติดเชื้อคือ 10s เซลล์ ตำแหน่งที่กระบวนการคือลำไส้เล็กส่วนปลายและลำไส้ใหญ่ โรคดำเนินไปในรูปแบบบิด: ในระยะแรกคือท้องเสียเป็นน้ำ จากนั้นเป็นกลุ่มอาการลำไส้ใหญ่บวม เด็กอายุ 1.5-2 ปี วัยรุ่น และผู้ใหญ่จะป่วย ประเภทของการระบาด - อาหาร น้ำ

ระบาดวิทยา

อีโคไลเป็นตัวแทนของจุลินทรีย์ปกติในลำไส้ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นก สัตว์เลื้อยคลาน และปลาทุกชนิด ดังนั้น เพื่อชี้แจงคำถามที่ว่าอีโคไลมีรูปแบบใดบ้างและเหตุใดจึงทำให้เกิดโรคอีโคไล จึงจำเป็นต้องศึกษาโครงสร้างแอนติเจน พัฒนาระบบการจำแนกทางซีรั่มที่จำเป็นสำหรับการระบุซีโรเวอเรียนต์ที่ก่อโรค และค้นหาว่าอีโคไลมีปัจจัยก่อโรคใดบ้าง นั่นคือ เหตุใดจึงสามารถทำให้เกิดโรคอีโคไลในรูปแบบต่างๆ ได้

E. coli มีแอนติเจน O จำนวน 171 ชนิด (01-0171) แอนติเจน H จำนวน 57 ชนิด (H1-H57) และแอนติเจน K บนพื้นผิว (แคปซูล) จำนวน 90 ชนิด อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง มีกลุ่มแอนติเจน O จำนวน 164 กลุ่มและเซโรแวเรียนต์ของแอนติเจน H จำนวน 55 ชนิด เนื่องจากเซโรกรุ๊ป 0:H ก่อนหน้านี้บางส่วนถูกแยกออกจากสปีชีส์ E. coli แต่จำนวนเชิงอันดับของแอนติเจน O และ H ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ลักษณะแอนติเจนของ E. coli ที่เป็นเชื้อก่อโรคท้องร่วง ได้แก่ จำนวนแอนติเจน O และ H เช่น 055:116; 0157:H7; แอนติเจน O บ่งชี้ว่าอยู่ในกลุ่มเซโรกรุ๊ปใดกลุ่มหนึ่ง และแอนติเจน H คือเซโรแวเรียนต์ของกลุ่มเซโรกรุ๊ปนั้น นอกจากนี้ การศึกษาแอนติเจน O และ H ในเชิงลึกยิ่งขึ้นยังพบแอนติเจนที่เรียกว่าแฟกเตอร์ O และ H หรือแอนติเจนย่อยของแอนติเจน เช่น H2a, H2b, H2c หรือ O20, O20a, O20ab เป็นต้น โดยรวมแล้ว รายชื่อของเชื้อ E. coli ที่เป็นเชื้อก่อโรคท้องร่วงประกอบด้วย O-serogroups 43 รายการและ OH-serovariants 57 รายการ รายชื่อนี้ได้รับการเสริมด้วยเซโรแวเรียนต์ใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

อาการ

กลุ่มนี้ประกอบด้วยซีโรกรุ๊ปคลาส 1 จำนวน 9 ซีโรกรุ๊ปและซีโรกรุ๊ปคลาส 2 จำนวน 4 ซีโรกรุ๊ปคลาส 1 มีพลาสมิด (60 เมกกะไบต์) ที่ควบคุมการสังเคราะห์ปัจจัยการยึดเกาะและการล่าอาณานิคมของชนิด EAF ซึ่งแสดงโดยโปรตีนที่อยู่ในเยื่อหุ้มชั้นนอกและตรวจพบได้จากความสามารถของแบคทีเรียในการเกาะติดกับเซลล์ HEp-2 โปรตีนมีเมกกะไบต์ 94 กิโลดาลตัน ซีโรกรุ๊ปคลาส 2 ไม่มีพลาสมิดนี้ ความก่อโรคเกิดจากปัจจัยอื่น ๆ พบว่าสายพันธุ์บางสายพันธุ์ของทั้งสองคลาสสามารถสังเคราะห์ STX.4 เข้าไปตั้งรกรากในเยื่อหุ้มพลาสมาของเอนเทอโรไซต์ ทำให้พื้นผิวของเยื่อบุผิวได้รับความเสียหายโดยเกิดการสึกกร่อนและการอักเสบในระดับปานกลาง ปริมาณเชื้อที่ติดเชื้อคือ 105-10 ¹²เซลล์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นเฉพาะในลำไส้เล็ก โรคนี้มีลักษณะเฉพาะคือท้องเสียเป็นน้ำและขาดน้ำอย่างรุนแรง ส่วนใหญ่เด็ก ๆ ในปีแรกของชีวิตจะป่วย วิธีการติดเชื้อคือ การติดต่อผ่านบ้านเรือน ไม่ค่อยเกิดจากอาหาร

ซีโรกรุ๊ป EIEC และ 4 เป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการระบาดในโรงพยาบาล

EHEC ผลิตไซโตท็อกซิน STX-1 และ STX-2 ทำให้เกิดอาการลำไส้ใหญ่บวมมีเลือดออกในมนุษย์ที่มีภาวะแทรกซ้อนรุนแรง เช่น ยูเรียเมียจากเม็ดเลือดแดงแตกและภาวะเกล็ดเลือดต่ำจากลิ่มเลือด สารพิษจะทำลายเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือดขนาดเล็ก การเกิดลิ่มเลือดและการสะสมของไฟบรินทำให้เลือดไหลเวียนไม่สะดวก มีเลือดออก ขาดเลือด และเนื้อตายในผนังเซลล์ กลุ่มอาการฮีโมไลติกจากยูเรียอาจถึงแก่ชีวิตได้ EHEC มีหลายซีโรไทป์ (-150) แต่บทบาททางระบาดวิทยาหลักคือ E. coli 0157-H7 และ E. coli 0157:NM ซึ่งเป็นแฟลกเจลเลตกลายพันธุ์ เนื่องจากมีเพียงสายพันธุ์เดียวเท่านั้นที่ผลิต STX แบคทีเรียสายพันธุ์เหล่านี้สามารถหลั่งไซโตท็อกซินได้เพียงชนิดเดียวหรือทั้งสองชนิดพร้อมกัน เชื่อกันว่าแหล่งกักเก็บตามธรรมชาติของซีโรวาร์ EHEC ซึ่งรวมถึง E. coli 0157:H7 ได้แก่ วัวและแกะ เส้นทางการติดเชื้อที่พบบ่อยที่สุดคืออาหาร (เนื้อสัตว์ โดยเฉพาะเนื้อสับ นม) E. coli 0157:H7 ต้านทานปัจจัยที่ไม่พึงประสงค์ได้ไม่ดีนัก จึงทำให้เชื้อสามารถอยู่รอดและแพร่พันธุ์ได้ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ การติดเชื้ออาจเกิดขึ้นได้จากการสัมผัสกับสิ่งของในบ้าน โรคเริ่มต้นขึ้นอย่างเฉียบพลัน โดยมีอาการลำไส้กระตุก จากนั้นท้องเสีย ในระยะแรกเป็นน้ำ จากนั้นเป็นเลือด เด็กและผู้ใหญ่จะป่วย คนป่วยสามารถแพร่เชื้อได้

การวินิจฉัยทางห้องปฏิบัติการ

โดยอาศัยการแยกเชื้อก่อโรคจากวัฒนธรรมบริสุทธิ์และการระบุเชื้อ ตลอดจนการทดสอบสารพิษโดยใช้ PCR เชื้อก่อโรคที่ทำให้เกิดโรคเอสเคอริชิโอซิสสามารถระบุได้โดยใช้ซีรั่ม OK-polyvalent และซีรั่มที่ดูดซับซึ่งประกอบด้วยแอนติบอดีต่อแอนติเจนบางชนิดเท่านั้น การทดสอบกระจกตาและเยื่อบุตาสามารถใช้เพื่อระบุ EIEC ได้ ตัวแทนของ EIEC บางตัวอยู่นิ่งและไม่หมักแล็กโทสและซาลิซิน การระบุเชื้อ E. coli 0157:H7 ทำได้สะดวกเนื่องจากไม่สามารถหมักซอร์บิทอลได้ (ใช้ Endo medium ที่มีซอร์บิทอลแทนแล็กโทส) แต่ควรใช้ระบบทดสอบ PCR เพื่อระบุและแยกเชื้อก่อโรค OKZ (ทุกประเภท) หากจำเป็น ให้กำหนดความไวของเชื้อก่อโรคที่แยกได้ต่อยาปฏิชีวนะ

การรักษาโรคอีโคไล

ยาปฏิชีวนะหลายชนิดถูกนำมาใช้ โดยน้ำเกลือสำหรับรับประทานจะถูกใช้เพื่อฟื้นฟูการเผาผลาญเกลือในน้ำที่ผิดเพี้ยน โดยผลิตขึ้นในถุงเซลโลเฟนในรูปแบบผงที่มี NaCl 3.5 กรัม NaHC03 2.5 กรัม KCl 1.5 กรัม และกลูโคส 20.0 กรัม และละลายในน้ำ 1 ลิตร