АНТИГЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Антигенная структура E.coli весьма сложная, описано много групп антигенов: О, R, K(L, B, А), Н, N, а, f+, СFA\I, CFA\II поли-антигены (фимбриальные), общий гетерогенный, рибосомальные и некоторые другие. Структурно эти антигены расположены не равнозначно: О-антигенный комплекс в оболочке бактериальной клетке; рибосомные - внутри клетки на цитоплазматической мембране; f+, фимбриональные, Н- на поверхности клетки; К- в оболочке или за ее приделами в капсуле. Для практических (диагностических) целей наибольшее значение имеют: О-, К-, Н-антигены. Согласно международной договоренности о порядке размещения символов в антигенной формуле на первое место ставятся показатель О, на второе К и на третье Н. В антигенной формуле эти группы разделяются между собой двоеточием и каждая из них имеет порядковый номер арабскими цифрами. В настоящее время выявлено 167-О-антигенов, 56-Н антигенов, число возможных серотипов превышает 2000. Зная антигенную формулу бактерии выделенной из пищи и от больного, можно проследить каким образом эта бактерия попала в пищевой продукт и, кто виноват, в вспышке болезни ветеринарный или медицинский врач.
УСТОЙЧИВОСТЬ. Бактерии кишечной палочки неустойчивы к высоким температурам. При 60°С они гибнут за 10 минут, при 100°С умирают мгновенно. Технологические температурные режимы в 68-72°С, используемые в большинстве случаев при приготовлении пищевых продуктов инактивируют (убивают) E.coli. В литературе имеются данные о том, что эти микроорганизмы размножаются в мясе и молоке при температуре 3-5°С (условия холодильника). Они обладают и длительной устойчивостью (до 12 месяцев) к минусовым температурам (–18°С…–20°С). Кишечная палочка хорошо сохраняется во внешней среде, в воде, в почве. В 20 % растворе поваренной соли (концентрация достаточная для посолки) эти микробы сохраняют жизнеспособность несколько месяцев. Все дизенфектанты (карболовая кислота, формалин, хлорная известь) губительно действуют на бактерии при обычных концентрациях.
БОЛЕЗНЕННОСТЬ (ПАТОГЕННОСТЬ). Болезнетворность энтеропатогенных штаммов кишечной палочки обусловлена: во-первых, действием выделяемых токсинов, во-вторых, умением размножаться в организме животного или человека.
Бактерии кишечной палочки образуют экзотоксины и эндотоксины. Экзотоксины, вырабатываемые при жизни бактерий легко разрушаются при 56°С в течение 10 – 30 минут, и по-видимому, не играют значительной роли в создании болезни, но они помогают бактерии выжить в неблагоприятных для нее условиях. Эндотоксин, образующийся при отмирании бактерии, выдерживает нагревание до 100°С, т.е. температура, используемая при приготовлении пищи его не уничтожает (при варке куска мяса весом в 2 кг в течение 2-х часов температура внутри него достигает 80-85°С). Как уже упоминалось, этот токсин представляет собой комплекс из липидов, углеводов и белков и является весьма ядовитым. При введении его в рот поросенку, тот уже через 6 часов теряет до 18 % своего первоначального веса, что связано с потерей организмом воды. При парентеральном (подкожное, внутримышечное и т.п.)введении токсина возможна смерть подопытного животного. Однако, энтеральное (в пищеварительный тракт) введение токсина без живых микробов, у подопытных животных не вызывало гибель. Штамм кишечной палочки обладающий К-антигеном (капсульным) более токсичен, чем штаммы его лишенные. У различных бактерий с различной антигенной формулой, принадлежащим к различным серологическим группам, токсичность различна, т.е. токсичность связана с ее серовариантом, определяемым по антигенной формуле.
Факторы патогенности диареегенных E.coli. Способность диареегенных E.coli вызывать заболевания обусловлена наличием у них следующих 4 факторов патогенности.
1. Факторы адгезии и колонизации. Они необходимы для прикрепления к клеткам ткани и их колонизации. У патогенных E.coli обнаружены 3 типа факторов адгезии:
а) CFA/I, CFA /II, CF/IV (от англ. colonization factor antigens) — они имеют фимбриальную структуру. CF/I структурно гомогенен, CF/I1 и CF/IV сами по себе неоднородны и каждый из них состоит из трех антигенов - CS 1, CS2, CS3 (CFA/I1) и CS4, CS5, CS6 (CFA/IV) (от англ. cell surface)..
б) EAF (от англ. enteropathogenic E.coli adherence factor) — белки наружной мембраны; выявляются по способности этих бактерий прикрепляться к клеткам;
в) Adhesion Henle-407 — фимбриальные структуры, выявляются по способности бактерий прикрепляться к клеткам Henle-407.
Все эти три типа факторов адгезии и колонизации кодируются плазмидными генами. Кроме того, описаны и другие факторы колонизации. Роль их выполняют также бактериальные липополисахариды.
2. Факторы инвазии. С их помощью энтероинвазивные E.coli проникают в эпителиальные клетки кишечника, размножаются в них и вызывают их разрушение. Роль факторов инвазии выполняют белки наружной мембраны, кодируемые плазмидой.
3. Экзотоксины. У диареегенных E.coli обнаружено два типа экзотоксинов: цитотонины и цитотоксины. Цитотонины стимулируют гиперсекрецию клетками кишечника жидкости, содержащей ионы Na, К, СL, бикарбонаты. Это приводит к нарушению водно-солевого обмена и развитию диареи. Обнаружены два варианта цитотонинов: термолабильные энтеротоксины (LT — от англ. labile toxin — лабильный токсин) и термостабильные энтеротоксины (ST — от англ. stable toxin — стабильный токсин). Молекула LT состоит из 2 фрагментов — А и В. Фрагмент А состоит из двух пептидных цепей: А1 (собственно токсин - активирует нарушение водно-солевого обмена) и А2 (выполняет связующую роль между В и А). Известны 2 типа термолабильного энтеротоксина (LT-I и LT-II). Фрагмент В состоит из 5 одинаковых субъединиц, он выполняет две функции: соединяется с рецептором клетки и формирует внутримембранный канал. Субъединица В LT иммунологически подобна субъединице В холерогена. Существует также два термостабильных токсина: ST-I и ST-II. ST-I имеет сходную с LT структуру, но не обладает антигенными свойствами, его рецептором является белок мембраны энтероцитов. ST-I повышает проницаемость капилляров и вызывает диареегенный эффект. ST-II не обладает диареегенным свойством.
Цитотоксины обусловливают разрушение клеток эндотелия капилляров и стенки кишечника. У диареегенных E.coli обнаружены два типа цитотоксинов, подобных экзотоксину, вырабатываемому Shigella dysenteriae, и потому названных шигаподобными токсинами — SLT (от англ. Shiga-like toxin): SLT-I (антигенно почти идентичен токсину Шига и нейтрализуется антисывороткой к последнему) и SLT-II (антигенно отличается от SLT-I и не нейтрализуется антисывороткой к токсину Шига). Синтез обоих токсинов контролируется генами умеренных конвертирующих фагов:933J (SLT-I) и 933W (SLT-II).
4. Эндотоксины — липополисахариды. Они определяют антигенную специфичность бактерий; форму колоний и являются причиной эндотоксикоза.
Факторы патогенности диареегенных E.coli контролируются не только хромосомными генами, но и генами, привносимыми плазмидами или умеренными, конвертирующими фагами. Особенно важную роль играют плазмиды. У E.coli обнаружены плазмиды различных категорий: Col-, R-, F-, Hly-, Ent-плазмиды (контролируют синтез энтеротоксинов); плазмиды, кодирующие синтез факторов адгезии и т. п. Все это указывает на то, что патогенные варианты кишечной палочки могут возникать в результате распространения среди них плазмид и умеренных фагов. В зависимости от наличия тех или иных факторов патогенности диареегенные E.coli разделяют на следующие категории:
энтеропатогенные E.coli (enteropathogenic — EPEC)
энтеротоксигенные E.coli (enterotoxigenic — ETEC),
энтероинвазивные E.coli (enteroinvasive — EIEC),
энтерогеморрагические E.coli (enterohaemorrhagic — EHEC).
провизорная группа энтероадгерентных E.coli (enteroadherence — ЕАЕС).
Энтеропатогенные кишечные палочки (ЭПКП). С них в 1950-х гг. начался современный этап в изучении диареегенных эшерихий. Этим объясняется универсализм термина - энтеропатогенность, который в равной мере можно распространить на все диареегенные эшерихии. ЭПКП, к которым относятся представители около 20 0-серогрупп (чаще 055, 0111, 0119, 0127, 0128), вызывают поражение тонкого кишечника. Заражение возможно и через продукты питания. Ранее заболевание именовалось «токсической диспепсией». В основе диарейного синдрома лежит перестройка внутриклеточного гомеостаза энтероцитов, которая возбуждается сигналами с клеточных рецепторов, оккупируемых адгезинами ЭПКП. Итогом является сглаживание микроворсинок, что ведет к нарушению всасывания жидкости, инициируя диарею секреторного типа, возможно образование эрозий. К числу главных адгезинов относятся закодированные в хромосоме белки наружной мембраны и производные плазмиды обязательного атрибута ЭПКП. В целом по своим патогенетическим последствиям ЭПКП-адгезия уникальна, получив название механизма «прикрепления-сглаживания» (англ. attaching-effacing). ЭПКП-диарею причисляют к энтеритам, хотя патогенетически это неверно. Поражение энтероцитов носит функциональный характер и, подобно энтеротоксигенной диарее, не сопровождается воспалительной реакцией.
Энтеротоксигенные кишечные палочки (ЭТКП) обнаружены среди представителей более 70 0-групп, чаще среди 06, 078, 0128 и 0153 (в сумме они составляют более половины ЭТКП). ЭТКП продуцируют токсины, нарушающие баланс между секрецией и всасыванием жидкости эпителиальными клетками тонкого кишечника. Избыток воды и электролитов в просвете кишечника вызывает диарею. Возможны различные формы заболевания — от легкой диареи до холероподобной интоксикации («малая холера»). Болеют дети и взрослые. Заражение возможно и через продукты питания. Распространение бактерий ограничено поверхностью слизистой оболочки, энтероциты не инвазируются и структурно не повреждаются. Об этом, в частности, свидетельствуют отсутствие воспалительной реакции в стенке кишечника и водянистые испражнения без примеси слизи и крови. Такой тип диареи называют «секреторным», противопоставляя инвазивному варианту, который наблюдается при деструкции кишечного эпителия. Примерно 25% штаммов ЭТКП образуют токсин типа LT и около 70% штаммов ЭТКП продуцируют токсин типа ST. Токсинообразованию предшествует закрепление ЭТКП на энтероцитах чаще всего тонкого отдела кишечника, где среди факторов, обеспечивающих избирательную колонизацию энтероцитов, лучше всего изучены CFA/I, CFA/II и CF/IV. Они примерно поровну распределены между ЭТКП-штаммами и представляют собой белок, структурно оформленный в виде пилей/фимбрий. Фимбрии ЭТКП животных (К88, К89, 987Р) неидентичны адгезинам «человеческих» ЭТКП. Это объясняет причину антропонозности энтеротоксигенных колиинфекций. В настоящее время считают, что ЭТКП животных не способны колонизировать тонкий кишечник человека, что справедливо и для других категорий диареегенных эшерихий. Энтеротоксины ЭТКП человека и животных структурно тоже неидентичны, хотя и близки по механизму действия. CFA закодированы в плазмидах «по соседству» с генами энтеротоксинов, и лишь одновременная экспрессия cfa- и tox-генов обеспечивает ЭТКП-вирулентность. Без колонизирующих факторов энтеротоксины патогенетически инертны точно так же, как CFA-адгезины без токсигенности. Штаммы ЭТКП, лишенных CFA составляют около 20% выделяемых культур.