Шигатоксигенная Escherichia coli ( STEC ) и веротоксигенная E. coli ( VTEC ) — это штаммы бактерии Escherichia coli , которые продуцируют токсин Шига (или веротоксин). [a] Только меньшинство штаммов вызывают заболевания у людей. [2] [ неудачная проверка ] Те, которые это делают, известны под общим названием энтерогеморрагическая E. coli ( EHEC ) и являются основными причинами пищевых заболеваний . При заражении толстого кишечника людей они часто вызывают гастроэнтерит , энтероколит и кровавую диарею (отсюда и название «энтерогеморрагический»), а иногда вызывают тяжелое осложнение, называемое гемолитико-уремическим синдромом (ГУС). [3] [4] Крупный рогатый скот является важным естественным резервуаром для EHEC, поскольку колонизированные взрослые жвачные животные бессимптомны . Это связано с тем, что у них отсутствует сосудистая экспрессия целевого рецептора для токсинов Шига. [5] Группа и ее подгруппы известны под разными названиями. Они отличаются от других штаммов кишечных патогенных E. coli , включая энтеротоксигенную E. coli (ETEC), энтеропатогенную E. coli (EPEC), энтероинвазивную E. coli (EIEC), энтероагрегантную E. coli (EAEC) и диффузно адгезивную E. coli (DAEC). [6]
Escherichia coli, продуцирующие шига-токсин, являются зоонозными патогенами, поскольку они могут быть обнаружены в желудочно-кишечном тракте крупного рогатого скота и овец и могут инфицировать людей. Это бактерии, встречающиеся во всем мире. [7]
Самый известный из этих штаммов — O157:H7 , но штаммы, не относящиеся к O157, ежегодно вызывают в Соединенных Штатах около 36 000 [ требуется ссылка ] заболеваний, 1000 госпитализаций и 30 смертей. [8] Специалисты по безопасности пищевых продуктов выделяют штаммы «большой шестерки»: O26; O45; O103; O111; O121 ; и O145. [8] Вспышка 2011 года в Германии была вызвана другим штаммом STEC, O104:H4 . Этот штамм обладает как энтероагрегационными, так и энтерогеморрагическими свойствами. Оба штамма — O145 и O104 — могут вызывать гемолитико-уремический синдром (ГУС); первый штамм, как было показано, является причиной от 2% до 51% известных случаев ГУС; примерно 56% таких случаев вызваны штаммом O145 и 14% — другими штаммами EHEC. [ требуется ссылка ]
Клинические проявления у людей варьируются от легкой и неосложненной диареи до геморрагического колита с сильной болью в животе. Серотип O157:H7 может вызвать инфекционную дозу с 100 бактериальными клетками или менее; другой штамм, такой как 104:H4, также вызвал вспышку в Германии в 2011 году. Инфекции чаще всего встречаются в теплые месяцы и у детей в возрасте до пяти лет и обычно приобретаются через сырую говядину и непастеризованное молоко и соки. Первоначально у пациентов развивается некровавая диарея после того, как бактерия прикрепляется к эпителию терминальной подвздошной кишки , слепой кишки и толстой кишки . Последующее производство токсинов опосредует кровавую диарею. У детей осложнением может стать гемолитический уремический синдром, который затем использует цитотоксины для атаки на клетки кишечника, так что бактерии могут просачиваться в кровь и вызывать повреждение эндотелия в таких местах, как почки, связываясь с глоботриаозилцерамидом (Gb3). [ необходима цитата ] EHEC, которые вызывают кровавую диарею, приводят к ГУС в 10% случаев. Клинические проявления постдиарейного ГУС включают острую почечную недостаточность , микроангиопатическую гемолитическую анемию и тромбоцитопению . Вероцитотоксин (шигаподобный токсин) может напрямую повреждать почечные и эндотелиальные клетки. Тромбоцитопения возникает, когда тромбоциты поглощаются свертыванием. Гемолитическая анемия возникает из-за внутрисосудистого отложения фибрина , повышенной хрупкости эритроцитов и фрагментации. [6]
Антибиотики имеют сомнительную ценность и не продемонстрировали явную клиническую пользу. Было показано, что антибиотики, которые мешают синтезу ДНК, такие как фторхинолоны , индуцируют бактериофаг, несущий Stx, и вызывают повышенную выработку токсинов. [9] Попытки блокировать выработку токсинов с помощью антибактериальных препаратов, которые нацелены на синтез рибосомального белка, концептуально более привлекательны. Плазмаферез предлагает спорный, но, возможно, полезный метод лечения. Следует избегать использования антимоторных средств (лекарств, которые подавляют диарею, замедляя транзит кишечника) у детей младше 10 лет или у пожилых пациентов, поскольку они повышают риск ГУС с инфекциями EHEC. [6]
Названия группы и ее подгрупп включают следующее. [10] Здесь присутствует некоторая полисемия . Неизменная синонимия обозначается тем же цветом. Помимо этого, существует также некоторая более широкая, но изменчивая синонимия. Первые два (фиолетовый) в их самом узком смысле обычно рассматриваются как гипернимы других (красный и синий), хотя в менее точном использовании красный и синий часто рассматриваются как синонимы фиолетового. По крайней мере, одна ссылка считает, что «EHEC» является взаимоисключающим «VTEC» и «STEC», [3] но это не соответствует общепринятому использованию, поскольку многие другие публикации объединяют все последние с первым.
Текущая микробиологическая точка зрения на «шига-подобный токсин» (SLT) или «веротоксин» заключается в том, что все они должны называться (версиями) шига-токсина , поскольку разница незначительна. Следуя этой точке зрения, все «VTEC» (синие) должны называться «STEC» (красные). [1] [11] : 2–3 Исторически, иногда использовалось другое название, поскольку токсины не совсем такие же, как те, что обнаружены в Shigella dysenteriae , вплоть до каждого последнего аминокислотного остатка, хотя по этой логике каждый «STEC» был бы «VTEC». Можно также провести черту, чтобы использовать «STEC» для штаммов, продуцирующих Stx1 , и «VTEC» для штаммов, продуцирующих Stx2 , поскольку Stx1 ближе к шига-токсину. На практике выбор слов и категорий не так важен, как понимание клинической значимости.
Инфекционность или вирулентность штамма EHEC зависит от нескольких факторов, включая присутствие фукозы в среде, чувствительность к этому сахару и активацию острова патогенности EHEC . [ необходима цитата ]
Шига-токсины являются основным фактором вирулентности EHEC. Токсины взаимодействуют с кишечным эпителием и могут вызывать у людей систематические осложнения, такие как HUS и церебральная дисфункция, если они попадают в кровоток. [12] В EHEC шига-токсины кодируются лизогенными бактериофагами. Токсины связываются с гликолипидным рецептором клеточной поверхности Gb3, что заставляет клетку принимать токсин через эндоцитоз . Шига-токсины нацелены на рибосомальную РНК , которая ингибирует синтез белка и вызывает апоптоз . [13] Причина, по которой EHEC не вызывают симптомов у крупного рогатого скота, заключается в том, что у крупного рогатого скота нет сосудистой экспрессии Gb3 в отличие от людей. Таким образом, шига-токсины не могут проходить через кишечный эпителий в кровоток. [5]
EHEC становится патогенным через экспрессию локуса энтероцитной эффейсмент (LEE), закодированного на его острове патогенности. Однако, когда EHEC не находится в хозяине, эта экспрессия является пустой тратой энергии и ресурсов, поэтому она активируется только в том случае, если в окружающей среде обнаруживаются некоторые молекулы. [ необходима цитата ]
Когда QseC или QseE связываются с одной из своих взаимодействующих сигнальных молекул, они автофосфорилируют и переносят ее фосфат в регулятор ответа. QseC чувствует адреналин , норадреналин и эндонуклеазу I-SceIII, кодируемую мобильной группой I интрона в митохондриальном гене COX1 (AI3); тогда как QseE чувствует адреналин, норадреналин, SO4 и PO4. Эти сигналы являются четким указанием для бактерий, что они больше не свободны в окружающей среде, а находятся в кишечнике. [ необходима цитата ]
В результате QseC фосфорилирует QseB (который активирует жгутики), KpdE (который активирует LEE) и QseF. QseE фосфорилирует QseF. Продукты QseBC и QseEF подавляют экспрессию FusK и FusR. FusK и FusR являются двумя компонентами системы для подавления транскрипции генов LEE. FusK является сенсорной киназой, которая способна определять множество сахаров, среди которых фукоза. Когда в среде присутствует фукоза, FusK фосфорилирует FusR, что подавляет экспрессию LEE. [ необходима цитата ]
Таким образом, когда EHEC попадает в кишечник, происходит конкуренция между сигналами, поступающими от QseC и QseF, и сигналом, поступающим от FusK. Первые два хотели бы активировать вирулентность, но Fusk останавливает ее, потому что слизистый слой, который является источником фукозы, изолирует энтероциты от бактерий, делая синтез факторов вирулентности бесполезным. Однако, когда концентрация фукозы снижается из-за того, что бактериальные клетки находят незащищенную область эпителия, то экспрессия генов LEE не будет подавляться FusR, а KpdE будет сильно активировать их. Подводя итог, можно сказать, что комбинированный эффект QseC/QseF и FusKR обеспечивает тонкую настройку системы экспрессии LEE, которая экономит энергию и позволяет механизмам вирулентности быть выраженными только тогда, когда шансы на успех выше. [ необходима цитата ] Существуют редкие STEC без LEE, см. PMID 19239748.