Beata M. Sobieszczańska | Urszula Kasprzykowska | Anna Duda-Madej | Anna K. Duda | Michał Turniak
Potencjał chorobotwórczy epidemicznego
szczepu
Escherichia coli O104:H4
The potential disease epidemic strain of
Escherichia coli O104:H4
Katedra i Zakład Mikrobiologii Akademii Medycznej im. Piastów Śląskich we Wrocławiu
} Beata M. Sobieszczańska, Katedra i Zakład Mikrobiologii Akademii Medycznej im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Chałubińskiego 4, 50-368 Wrocław, Tel.: (71) 784 13 08, Fax: (71) 784 01 17, e-mail: bmsob@mbio.am.wroc.pl
Wpłynęło: 16.02.2012 Zaakceptowano: 02.03.2012
Streszczenie: Niezwykła plastyczność genetyczna pałeczek
Esche-richia coli jest przyczyną pojawiania się nowych, patogennych
szczepów, odpowiedzialnych za epidemie. Aktualnym przykła-dem patogenu powstałego na drodze horyzontalnego transferu
genów jest szczep E. coli O104:H4, który w Niemczech w
okre-sie od 9 maja do 22 czerwca 2011 roku spowodował zakażenie u 3792 osób i zgon 42. U 781 zakażonych rozwinął się hemoli-tyczny zespół mocznicowy (HUS). Na liczbę klinicznie poważnych przypadków i ofiar śmiertelnych tej epidemii miało wpływ wiele czynników, omówionych w niniejszym artykule.
Słowa kluczowe: czynniki wirulencji | Escherichia coli | serotyp
O104:H4 | żywe niehodowlane formy bakterii (VBNC)
Abstract: The extraordinary genetic plasticity of Escherichia coli
is the cause of the emergence of new pathogenic strains respon-sible for epidemics. A current example of the pathogen evolved
by horizontal gene transfer is a strain of E. coli O104:H4, which
from 9th May to 22nd June 2011 in Germany caused the infection in 3792 and the death of 42 individuals. As many as 781 individuals developed hemolytic uremic syndrome (HUS). The number of cli-nically severe cases and deaths from the epidemic was influenced by many factors, discussed in this article.
Key words: Escherichia coli | serotype O104:H4 | viable
non-cultu-rable bacteria (VBNC) | virulence factors
Pałeczki Escherichia coli posiadają niezwykle plastyczny genom, co oznacza, że często i z łatwością nabywają geny kodujące różne czynniki wirulencji, dając w ten sposób po-czątek nowym, hiperwirulentnym szczepom. Genetyczna zmienność tych drobnoustrojów może mieć jednak nieprze-widywalne konsekwencje, czego najlepszym przykładem jest szczep E. coli O104:H4, odpowiedzialny za ubiegłorocz-ną epidemię w Niemczech, a który stanowi swoistą, rzad-ko spotykaną w naturze hybrydę trzech patotypów E. coli: STEC (shiga-toksynogennych E. coli), EAEC
(enteroagrega-cyjnych E. coli) oraz ExPEC (pozajelitowych E. coli) (Ryc. 1) [1–3].
STEC stanowią dużą grupę szczepów, które charaktery-stycznie produkują toksyny shiga lub shiga-podobne. Pa-totyp STEC obejmuje liczne szczepy należące do różnych serogrup E. coli lub o nieokreślonych antygenach soma-tycznych O, które wywołują zakażenia objawowe bądź bez-objawowe wśród ludzi i zwierząt oraz izolowane są ze śro-dowiska zewnętrznego. Szerokie rozpowszechnienie STEC w środowisku gwarantuje równoczesną wszechobecność bakteriofagów, przenoszących geny kodujące toksyny z gru-py shiga, które mogą zakażać szczegru-py niepatogenne. Fagi przenoszące geny kodujące toksyny shiga wykryto m.in. w glebie, rekreacyjnych zbiornikach wodnych, ściekach, wodach powierzchniowych, a także jelitach ludzi i zwierząt. Poza szczepami, których pierwotnym czynnikiem wiru-lencji są toksyny shiga, do grupy STEC zalicza się szczepy EHEC (enterokrwotoczne E. coli), wywodzące się od EPEC (enteropatogennych E. coli), które obok zdolności syntezy toksyn shiga posiadają geny kodujące białko intiminą, od-powiedzialną za reorganizację aktynowego cytoszkieletu enterocytów, połączoną z zaburzeniem ich funkcji [4, 5].
Patotyp EAEC obejmuje najbardziej zróżnicowane pod względem prezentowanych czynników wirulencji szczepy E. coli. Cechą charakterystyczną EAEC jest ich niezwykły sposób adhezji w postaci agregatów tworzących biofilm na powierzchni nabłonka jelit, tzw. adhezja agregacyjna (AA) (Ryc. 2). Charakterystyczne dla tej grupy E. coli an-tygeny to globalny aktywator transkrypcyjny AggR, regulu-jący ekspresję genów wirulencji EAEC, fimbrie agregacyjne AAF oraz białko dyspersyna Aap, choć opisano wiele izola-tów EAEC pozbawionych tych atrybuizola-tów. Poza tym EAEC mogą prezentować praktycznie wszystkie opisane u choro-botwórczych pałeczek E. coli, a także Yersinia i Shigella, geny wirulencji. Dodatkowo, szczepy EAEC podobnie jak STEC, należą do różnych serogrup E. coli lub szczepów nietypowal-nych. Cechy te sprawiają, że zakażenia wywoływane przez szczepy EAEC bardzo rzadko są diagnozowane w
laborato-jest zabronione i stanowi poważne naruszenie przepisów prawa autorskiego oraz grozi sankcjami prawnymi.
!
jednoznacznie wskazujących na przynależność izolowanego szczepu E. coli do patotypu EAEC. Pomimo że początkowo szczepy EAEC wiązano z przewlekłymi biegunkami u dzieci z krajów rozwijających się, obecnie patotyp ten uznawany jest za najczęstszą przyczynę sporadycznych i epidemicz-nych biegunek u ludzi na całym świecie [2].
Patotyp ExPEC obejmuje szczepy E. coli kolonizujące je-lita wielu zdrowych osób, które posiadają czynniki wirulen-cji (np.: adhezyny, inwazyny, otoczki, toksyny, siderofory) mające znaczenie w patomechanizmie zakażeń poza prze-wodem pokarmowym, w jałowych miejscach organizmu, np.: zapaleniu układu moczowego, dróg żółciowych, ran, w sepsach, zapaleniu opon mózgowo-rdzeniowych u nowo-rodków, zapaleniu płuc [6–8].
Dysponujący czynnikami wirulencji trzech różnych pa-totypów E. coli epidemiczny szczep O104:H4 w okresie kil-ku tygodni spowodował zakażenie u 3792 osób oraz zgon 42 z nich. Tabela 1 przedstawia charakterystykę genotypową i biochemiczną epidemicznego szczepu E. coli O104:H4, na-tomiast Rycina 3 obrazuje przypuszczalny patomechanizm zakażenia omawianym szczepem E. coli. Poza opisanymi poniżej czynnikami wirulencji, na liczbę ofiar epidemii w Niemczech wpływ miały także serotyp epidemicznego szczepu E. coli oraz jego zdolność rewersji w formę VBNC (ang. viable but non-culturable), co oznacza żywe, lecz nie-hodowlane bakterie.
Serotyp O104:H4
Serotyp O104:H4 dotychczas bardzo rzadko był izolowa-ny od ludzi oraz nigdy od zwierząt lub z próbek żywności.
z tym, że większość ludzi jest wrażliwa na zakażenie nim spowodowane (Tabela 2). Podobnie, niezmiernie rzadkie jest połączenie u jednego szczepu E. coli cech wirulencji pa-totypów STEC i EAEC, które dotychczas opisywano tylko raz w związku z małą epidemią HUS (ang. hemolytic ure-mic syndrome) we Francji (szczep E. coli O111:H2) [1].
Formy VBNC – żywych,
lecz niehodowlanych bakterii
Źródłem epidemii w Niemczech okazały się kiełki wy-hodowane z nasion kozieradki, importowanych w latach 2009−2010 z Egiptu, choć wszystkie próbki ziarna pobrane do badań dały wynik negatywny w posiewach bakteriolo-gicznych. Tylko z nielicznych pobranych w okresie epidemii próbek kiełków udało się wyhodować epidemiczny szczep E. coli, co wzbudziło szereg wątpliwości na temat faktycz-nego źródła zakażenia. Dopiero wnikliwe analizy wykazały, że nasiona kozieradki, podobnie jak i kiełki uzyskane z tych nasion, mogą być skażone epidemicznym szczepem E. coli, ale jego szczególną postacią VBNC [10]. Formy VBNC bak-terii pod wieloma względami przypominają przetrwalniki, choć nimi nie są. Liczne bakterie dodatnie i Gram-ujemne pod wpływem bodźców stresowych, m.in. tempe-ratury (np. podczas pasteryzacji), głodu, obecności szko-dliwych substancji (np. chlorowania wody) mogą tworzyć formy VBNC, które cechuje szereg zmian morfologicznych − gęstsze usieciowanie peptydoglikanu ściany komórkowej, zmiany składu lipidów błon plazmatycznych i znacząco ob-niżony metabolizm, co umożliwia im długotrwałe (nawet kilkumiesięczne) przeżywanie w tym szczególnym stanie Ryc. 1. Epidemiczny szczep E. coli wywodzi się od progenitorowego, afrykańskiego, en-teroagregacyjnego (EAEC) szczepu E. coli O104:H4, związanego z biegunkami u ludzi.
rbfO104 – antygen somatyczny serotypu O104; fliC – gen kodujący immunogenne białko rzęskowe;
AAF/I – fimbrie agregacyjne typu I; STEC – shiga-toksynogenne szczepy E. coli;
stx2 – przenoszony przez fagi gen kodujący toksynę
shiga-podobną typu 2;
CTX-M-15 – typ β-laktamazy o rozszerzonym spek-trum substratowym (ESBL);
STEAEC – shiga-toksynogenny enteroagregacyjny szczep E. coli.
anabiozy. Formy VBNC nie wyrastają na podłożach bakte-riologicznych, jednak w odpowiednich warunkach hodowli rewertują do dzielących się form wegetatywnych. Postacie VBNC wielu patogennych pałeczek E. coli pomimo zna-czącej redukcji metabolizmu zachowują zdolność syntezy adhezyn i toksyn, np. STEC nadal produkują toksynę shiga,
ją do komórek nabłonka, co wskazuje, że stanowią ważne i niezwykle niebezpieczne źródło zakażeń tymi szczepami [11].
Rola czynników wirulencji wykrytych
u epidemicznego szczepu
E. coli O104:H4
w zakażeniach u ludzi
Toksyna shiga
Zasadniczą rolę w ciężkim, klinicznym przebiegu zaka-żeń epidemicznym szczepem E. coli O104:H4 oraz w dużej liczbie powikłań w postaci hemolitycznego zespołu moczni-cowego HUS odegrał wariant toksyny shiga, tj. Stx2a. STEC mogą wytwarzać liczne odmiany antygenowe toksyny shiga dzielone (na podstawie stopnia homologii sekwencji amino-kwasów z prototypową toksyną shiga produkowaną przez Shigella dysenteriae typu 1) na toksyny grupy Stx1 i Stx2 oraz ich warianty (Stx1a, c, d oraz Stx2a, b, c, d, e, f, g). Wa-rianty Stx2 toksyny związane są z cięższym przebiegiem za-każeń, co wynika z poziomu produkowanej toksyny oraz jej cytotoksyczności dla komórek eukariotycznych. Na modelu zwierzęcym wykazano, że warianty Stx2a oraz Stx2c toksyny shiga są około sto razy bardziej cytotoksyczne niż typ toksy-ny Stx1, co potwierdziły badania epidemiologiczne, łączące większość przypadków HUS u ludzi ze szczepami STEC, produkującymi te warianty toksyny shiga [12, 13]. Szczepy Ryc. 2. Agregacyjny typ adhezji obserwowany po trzech godzinach
inkubacji szczepu EAEC z komórkami nabłonka jelita cienkiego linii Int407. Z czasem szczepy EAEC tworzą na powierzchni błony śluzowej jelita gęsty biofilm zanurzony w śluzie.
Patotyp E. coli Gen wirulencji Funkcja Lokalizacja genu
STEC/EHEC
stx2a
lpfAO26 i lpfAO113 ter
Toksyna shiga-podobna
Strukturalna podjednostka długich fimbrii polarnych (LPF) Oporność na telluryn potasu
Chromosom EAEC aggA aggR aatP sepA sigA pic
Podjednostka fimbrii agregacyjnych AAF/I; udział w adhezji Aktywator transkrypcyjny genów wirulencji na plazmidzie pAA
Białko dyspersyna; odpowiada za rozproszenie EAEC na błonie śluzowej jelit
Białko SigA Shigella flexneri, indukuje atrofię błony śluzowej i stan zapalny
Enterotoksyna Shigella flexneri
Mucynaza; rola w kolonizacji błony śluzowej jelita
Plazmid wirulencji pAA
Chromosom ExPEC irp2+fyuA iha aer Siderofor jersiniobaktyna Adhezyna Iha Siderofor aerobaktyna Chromosom
Cechy biochemiczne fermentacja laktozy (+), indol (+), H2S (-), cytryniam (-), β-glukuronidaza (+), srobitol (+) Wrażliwość na
antybio-tyki i chemioterapeuantybio-tyki
Oporny: (TEM-1 oraz CTX-M-15 β-laktamazy): ampicylina, amoksycylina/kwas klawulanowy, piperacylina/sulbaktam/tazobak-tam, cefuroksym, cefuroksym-axetyl, cefoksytyna, cefotaksym, ceftazydym, cefpodoksym, streptomycyna, kwas nalidyksowy, tetracyklina, trimetoprim/sulfametoksazol
Wrażliwy: imipenem, meropenem, amikacyna, kanamycyna, gentamycyna, tobramycyna, ciprofloksacyna, norfloksacyna, nitro-furantoina, chloramfenikol, fosfomycyna
Tabela 1. Czynniki wirulencji, wrażliwość na antybiotyki i chemioterapeutyki oraz charakterystyka biochemiczna epidemicznego szczepu
genów fagowych kodujących toksynę shiga, co najczęściej prowadzi do ich supresji i braku syntezy toksyny lub pro-dukcji jej niewielkich poziomów. Szczepy STEC posiadające jedną kopię genów kodujących Stx2 produkują znaczenie większe ilości toksyny, co przekłada się na cięższy przebieg wywoływanych przez te szczepy zakażeń [4, 12].
Długie fimbrie polarne (LPF)
Fimbrie LPF opisano wśród wielu patogennych pałe-czek jelitowych (np.: EHEC, EPEC, Shigella spp., Salmonella spp.) i początkowo wiązano je przede wszystkim z adhezją do komórek nabłonka jelita. Obecnie wiadomo, że fimbrie LPF u prezentujących je drobnoustrojów pełnią ważną rolę w początkowej adhezji do komórek M, pokrywających kęp-ki chłonne Peyera, a następnie inwazji do grudek chłonnych. Pomimo że rola fimbrii LPF w zakażeniach wywoływanych przez patogenne E. coli nie została jeszcze ustalona, liczne wyniki badań tych adhezyn u pałeczek Salmonella wykazały, że kolonizacja kępek Peyera za pośrednictwem fimbrii LPF indukuje trombozę, mogącą prowadzić do rozwoju krwoto-ków, nekrozy i owrzodzenia grudek chłonnych, a ostatecz-nie perforacji jelita, a więc objawów obserwowanych także w krwotocznym zapaleniu jelita (ang. hemorrhagic colitis – HC) o etiologii EHEC [14, 15].
Oporność na telluryn potasu
W erze przedantybiotykowej związki chemiczne tellu-rynu z uwagi na ich silne właściwości utleniające stosowa-ne były w leczeniu m.in. trądu, gruźlicy, stanów zapalnych skóry, pęcherza moczowego oraz oczu, stąd podobnie jak w przypadku większości związków antybakteryjnych, wie-le bakterii patogennych wykształciło oporność na telluryn. Poza genami nadającymi drobnoustrojom oporność na tel-luryn, operon ter obejmuje również geny oporności na za-każenie różnymi bakteriofagami oraz kolicyny, co wyjaśnia szerokie rozpowszechnienie operonu ter wśród bakterii, a także nacisk na utrzymywanie przez drobnoustroje genów kodujących oporność na rzadko spotykane obecnie w śro-dowisku naturalnym związki chemiczne tellurynu. Z dru-giej strony operon ter koduje szereg niezidentyfikowanych białek, które jak sugerują badania, mogą pełnić rolę ochron-ną przed mechanizmami obronnymi gospodarza, np. neu-tralizując toksyczną zawartość lizosomów komórek fagocy-tarnych [16].
Proteazy serynowe SPATE
Autotransportowe proteazy serynowe pałeczek z rodziny Enterobacteriaceae (SPATE) są dużą rodziną proteaz produ-kowanych przede wszystkim przez patogenne szczepy E. coli
i Shigella spp., ale wytwarzanych także przez wiele innych patogenów, np. Haemophilus influenzae i Neisseria meningi-tidis. Proteazy SPATE charakteryzuje swoistość substratowa, w związku z czym pełnią one różne funkcje w patomecha-nizmie zakażeń, np. adhezyn, enzymów (proteaz, esteraz, lipaz) lub enterotoksyn i cytotoksyn. U epidemicznego szczepu E. coli O104:H4 wykryto geny kodujące trzy różne proteazy serynowe należące do rodziny SPATE, a mianowi-cie Pic, SepA oraz SigA.
Proteaza serynowa Pic
Proteaza serynowa Pic (ang. protease involved in inte-stinal colonization) pałeczek E. coli oraz Shigella flexne-ri, degradując czynniki antybakteryjne błon śluzowych, tj. wydzielnicze IgA, laktoferynę i lizozym, pełni ważną rolę w przewlekłej kolonizacji błon śluzowych. Antygen ten po-Ryc. 3. Przypuszczalny model zakażenia epidemicznym szczepem
nadto indukuje sekrecję śluzu przez komórki kubkowe bło-ny śluzowej jelit, co odpowiada za śluzowy charakter biegu-nek wywoływanych przez te patogeny. Z drugiej strony Pic ma aktywność mucynolityczną, polegającą na degradacji mucyn obecnych w śluzie, co ułatwia bakteriom osiąganie powierzchni nabłonka. W ten sposób Pic umożliwia adhezję pałeczek E. coli do nabłonka oraz kreuje odpowiednie śro-dowisko, obfitujące w węglowodany i peptydy jako źródło składników odżywczych, a równocześnie zapewniające izo-lację i ochronę przed antybakteryjnymi czynnikami komen-salnych gatunków kolonizujących jelito oraz nieswoistymi mechanizmami obronnymi gospodarza. Dodatkowo Pic gwarantuje produkującym je gatunkom bakterii oporność na bakteriobójcze działania surowicy, działając proteolitycz-nie na składowe dopełniacza [17, 18].
Proteaza SepA
Proteaza SepA pierwotnie została opisana u pałeczek Shigella flexneri, a następnie również u EAEC. Z uwagi na wysoki stopień homologii SepA z enterotoksyną EatA en-terotoksynogennych szczepów E. coli (ETEC), proteaza ta bywa nazywana enterotoksyną. Pod względem aktywności SepA przypomina katepsynę G, tj. peptydazę obecną w ziar-nistościach leukocytów wielojądrzastych. Aktywność pro-teolityczna SepA obejmuje IgA1, żelatynę, angiotensynę I, lizozym, fibronektynę, mucyny, pepsynę, czynnik V oraz fodrynę [18]. Badania in vitro na bioptatach błony śluzowej jelita grubego człowieka wskazują, że SepA pełni kluczową rolę w procesie inwazji oraz uszkodzeniu nabłonka jelita, indukując apoptozę komórek, atrofię błony śluzowej i silny odczyn zapalny [19, 20].
Enterotoksyna SigA
Enterotoksyna SigA kodowana jest u Shigella flexneri na wyspie patogenności she PAI. SigA, podobnie do proteazy SepA, powoduje zaokrąglenie i odklejanie od podłoża ko-mórek hodowanych in vitro oraz akumulację płynu w jelicie, stąd nazywana jest enetrotoksyną. Toksyczne działanie SigA polega na degradacji fodryny, jednego z białek budujących cytoszkielet komórek eukariotycznych [18, 21].
Afimbrialna adhezyna Iha jest homologiem adhezyny IrgA opisanej u Vibrio cholerae. U przecinkowca cholery IrgA jest zaangażowana w adhezję do nabłonka jelita oraz pełni rolę receptora sideroforu – enterobaktyny. Badania na modelach zwierzęcych potwierdzają podobną rolę Iha u pa-łeczek E. coli [22].
Siderofory
Jony żelaza niezbędne są w procesach metabolicznych drobnoustrojów, a także w regulacji ekspresji wielu czynni-ków wirulencji, np. produkcja toksyny shiga jest regulowana jonami żelaza. W organizmie człowieka jony żelaza pozosta-ją związane z białkami, co czyni je niedostępnymi dla bak-terii. W odpowiedzi na ograniczony dostęp do jonów żelaza wiele patogennych bakterii wykształciło zdolność produkcji chelatorów jonów żelaza – sideroforów, które mają większe powinowactwo do żelaza niż laktoferyna, transferyna, he-moglobina i inne białka wiążące żelazo w organizmie czło-wieka. Przykładem sideroforu występującego u większości ExPEC jest aerobaktyna, wychwytująca jony żelaza zwią-zane z ferrytyną obecną m.in. w makrofagach, co wskazuje na jej rolę w wewnątrzkomórkowym przeżywaniu bakterii. Siderofor ten jest również związany z rezydentnymi szcze-pami E. coli kolonizującymi jelito człowieka, zapewniając im kompetycyjną przewagę nad drobnoustrojami pozba-wionymi zdolności wiązania jonów żelaza [8]. Siderofor jersiniobaktyna został pierwotnie opisany u Yersinia pestis na wyspie patogenności HPI, której geny są szeroko rozpo-wszechnione wśród jelitowych pałeczek z rodziny Entero-bacteriaceae [23]. Poza rolą w wychwycie jonów żelaza, jer-siniobaktyna chroni szczepy E. coli przed fagocytozą przez wolno żyjące ameby, co wskazuje, że siderofor ten pełni do-datkową, ważną rolę w adaptacji pałeczek E. coli do przeży-wania w środowisku zewnętrznym [24].
Oporność na antybiotyki
Dodatkowym atutem epidemicznego szczepu E. coli O104:H4 jest jego oporność na antybiotyki, uzyskana wraz z koniugacyjnym plazmidem, niosącym geny kodujące β-laktamazy o rozszerzonym spektrum działania (ESβL) TEM-1 i CTX-M-15 [1, 25]. Otrzymanie plazmidu koniu-gacyjnego gwarantuje dalsze przekazywanie tej cechy na inne, niekoniecznie spokrewnione taksonomicznie gatunki bakterii. Plazmidy koniugacyjne replikują się równolegle z DNA chromosomalnym, co zapewnia przekazanie jednej kopii plazmidu do komórki potomnej [26]. Profil oporno-ści na antybiotyki epidemicznego szczepu E. coli O104:H4 przedstawiono w Tabeli 1 [27].
Miejsce izolacji Rok izolacji Liczba przypadków Postać kliniczna zakażenia Niemcy Francja Korea Gruzja Finlandia 2001 2004 2005 2009 2010 2 1 1 2 1 HUS HUS HUS HUS Biegunka E. coli O104:H4 [9].
E. coli O104:H4 dużą rolę odegrała wrażliwość zakażonej populacji (A) na rzadko izolowany serotyp oraz postać VBNC, zdolna do przeżycia nawet w stanie wysuszonym przez wiele miesięcy. Rewersja form VBNC do dzielących się postaci wegetatywnych pałeczek E. coli najprawdopo-dobniej miała miejsce podczas hodowli kiełków, o czym świadczy fakt izolacji z pobranych próbek kiełków epide-micznego szczepu E. coli. Dodatek skażonych kiełków do potraw mógł spowodować rewersję postaci VBNC do form wegetatywnych i szybkie namnażanie się pałeczek Escheri-chia. Białka i węglowodany obecne w potrawach zawierają-cych skażone kiełki spowodowały alkalizację kwaśnej treści żołądka i pasaż bakterii do jelit (B). Szczepy EAEC mogą kolonizować nabłonek jelita cienkiego i grubego. Następ-nym ważNastęp-nym czynnikiem w zakażeniach epidemiczNastęp-nym szczepem E. coli był charakterystyczny, agregacyjny sposób adhezji do nabłonka jelita za pośrednictwem fimbrii agre-gacyjnych AAF/I. Szczepy EAEC generalnie wykazują pre-dylekcję do przewlekłego utrzymywania się w jelicie dzięki zdolności stymulacji komórek kubkowych błony śluzowej jelita do sekrecji śluzu, który tworzy swoiste mikrośrodowi-sko dla zanurzonych w nim pałeczek. Obfitujący w składniki odżywcze śluz ułatwia pałeczkom EAEC tworzenie biofilmu, opornego na wpływ substancji antybakteryjnych gospodarza (np. defensyn) oraz kolonizującej jelito mikroflory (np. ko-licyny). Dodatkową ochronę przed nieswoistymi mechani-zmami obronnymi gospodarza prawdopodobnie stanowiły wydzielane białka cytotoksyczne SepA, SigA i Pic, degradu-jące m.in. wydzielnicze przeciwciała IgA, a także składowe dopełniacza oraz mucyny obecne w śluzie (C). Białka te spowodowały również uszkodzenie bariery nabłonka oraz włosowatych naczyń krwionośnych błony śluzowej jelit, połączone z rozwojem silnego odczynu zapalnego i krwa-wieniem, a więc rozwojem krwotocznego zapalenia okręż-nicy. Poza czynnikami bakteryjnymi, w zniszczeniu bariery nabłonka w zakażeniach bakteryjnych dużą rolę odgrywają neutrofile, które wydostając się na powierzchnię, niszczą ciasne połączenia między komórkami nabłonka, natomiast wydzielane przez nie enzymy lizosomalne, choć niszczą pa-togen, uszkadzają również komórki nabłonka. Zniszczony nabłonek umożliwia szybką absorpcję dużych ilości toksyny shiga (Stx2a) do krwiobiegu i jej toksyczny wpływ na śród-błonek naczyń krwionośnych kłębuszków nerkowych (D). Receptory dla toksyny shiga (glikosfingolipidy Gb3Cer) obecne są na powierzchni komórek śródbłonka drobnych naczyń krwionośnych, przede wszystkim nerek, czyniąc je szczególnie wrażliwymi na jej działanie. Poza nerkami, wiąże się ona z receptorami Gb3Cer i uszkadza komórki śródbłonka naczyń krwionośnych mózgu, trzustki i płuc. Toksyny shiga uśmiercają komórki śródbłonka, hamując w nich biosyntezę białek. Z uszkodzonych naczyń
krwiono-trombocyty do tworzenia zakrzepów w miejscach uszko-dzeń. Powstające mikrozakrzepy ograniczają krwawienie, ale równocześnie zamykają światło naczyń krwionośnych, blokując przepływ krwi i powodując powolne obumieranie niedokrwionych tkanek. Utrata krwinek czerwonych do-prowadza do rozwoju anemii, natomiast nadmierne zuży-cie płytek w powstających mikrozakrzepach jest przyczyną trombocytopenii. Ostatecznie w nerkach ustaje krążenie i filtracja krwi, natomiast we krwi obwodowej stopniowo narasta stężenie toksycznych metabolitów, m.in. mocznika, kwasu moczowego, normalnie wydalanych z moczem. To ostatecznie doprowadza do rozwoju mocznicy, która może prowadzić do śpiączki i śmierci.
Konflikt interesów: nie zgłoszono.
Piśmiennictwo
1. Mora A, Herrera A, López C et al. Characteristics of the Shiga-toxin-produ-cing enteroaggregative Escherichia coli O104:H4 German outbreak strain and of STEC strains isolated in Spain. Int Microbiol 2011;14(3):121–141. 2. Chattaway MA, Dallman T, Okeke IN, Wain J. Enteroaggregative E. coli
O104 from an outbreak of HUS in Germany 2011, could it happen again? J Infect Dev Ctries 2011;5(6):425–439.
3. Mellmann A, Harmsen D, Cummings CA et al. Prospective genomic cha-racterization of the German enterohemorrhagic Escherichia coli O104:H4 outbreak by rapid next generation sequencing technology. PLoS One 2011;6(7):e22751.
4. Muniesa M, Blanco JE, De Simón M, Serra-Moreno R, Blanch AR, Jofre J. Diversity of stx2 converting bacteriophages induced from Shiga-to-xin-producing Escherichia coli strains isolated from cattle. Microbiology 2004;150:2959–2971.
5. Mauro SA, Koudelka GB. Shiga toxin: expression, distribution, and its role in the environment. Toxins (Basel) 2011;3(6):608–625.
6. Croxen MA, Finlay B. Molecular mechanisms of Escherichia coli pathoge-nicity. Nat Rev Microbiol 2010;8(1):26–38.
7. Smith JL, Fratamico PM, Gunther NW. Extraintestinal pathogenic
Escheri-chia coli. Foodborne Pathog Dis 2007;4(2):134–163.
8. Katouli M, Vollmerhansen T. Population structure of gut Escherichia coli
and its role in development of extra-intestinal infections. Iran J Microbiol 2010;2(2):59–72.
9. Scheutz F, Nielsen EM, Frimodt-Møller J et al. Characteristics of the ente-roaggregative Shiga-toxin/verotoxin-producing Escherichia coli O104:H4 strain causing the outbreak of haemolytic uraemic syndrome in Germa-ny, May to June 2011. Euro Surveill 2011;16(24), pii:19889.
10. Aurass P, Prager R, Flieger A. EHEC/EAEC O104:H4 strain linked with the 2011 German outbreak of haemolytic uremic syndrome enters into the viable but non-culturable state in response to various stresses and re-suscitates upon stress relief. Environ Microbiol 2011;13(12):3139–3148. 11. Olivier JD. Recent findings on the viable but nonculturable state in
pa-thogenic bacteria. FEMS Microbiol Rev 2010;34(4):415–425.
12. Fuller CA, Pellino CA, Flagler MJ, Strasser JE, Weiss AA. Shiga to-xin subtypes display dramatic differences in potency. Infect Immun 2011;79(3):1329–1337.
13. de Sablet T, Bertin Y, Vareille M, Girardeau JP, Garrivier A, Gobert AP, Martin C. Differential expression of stx2 variants in Shiga toxin-produ-cing Escherichia coli belonging to seropathotypes A and C. Microbiology 2008;154:176–186.
14. Humphries AD, Townsend SM, Kingsley RA, Nicholson TL, Tsolis RM, Bäumler AJ. Role of fimbriae as antigens and intestinal colonization fac-tors of Salmonella serovars. FEMS Microbiol Lett 2001;201(2):121–125.
16. Taylor DE. Bacterial tellurite resistance. Trends Microbiol 1999;7(3): 111– 115.
17. Navarro-Garcia F, Gutierrez-Jimenez J, Garcia-Tovar C, Castro LA, Sala-zar-Gonzalez H, Cordova V. Pic, an autotransporter protein secreted by different pathogens in the Enterobacteriaceae family, is a potent mucus secretagogue. Infect Immun 2010;78(10):4101–4109.
18. Dautin N. Serine protease autotransporters of Enterobacteriaceae (SPA-TEs): biogenesis and function. Toxins (Basel) 2010;2(6):1179–1206. 19. Coron E, Flamant M, Aubert P et al. Characterisation of early mucosal and
neuronal lesions following Shigella flexneri infection in human colon. PLoS One 2009;4(3):e4713.
20. Benjelloun-Touimi Z, Sansonetti PJ, Parsot C. SepA, the major extracellu-lar protein of Shigella flexneri: autonomous secretion and involvement in tissue invasion. Mol Microbiol 1995;17(1):123–135.
21. Al-Hasani K, Navarro-Garcia F, Huerta J, Sakellaris H, Adler B. The immu-nogenic SigA enterotoxin of Shigella flexneri 2a binds to HEp-2 cells and induces fodrin redistribution in intoxicated epithelial cells. PLoS One 2009;4(12):e8223.
expressed in vivo in the mouse urinary tract and functions as a catecho-late siderophore receptor. Infect Immun 2006;74(6):3427–3436. 23. Ratledge C, Dover LG. Iron metabolism in pathogenic bacteria. Annu Rev
Microbiol 2000;54:881–941.
24. Adiba S, Nizak C, van Baalen M, Denamur E, Depaulis F. From grazing re-sistance to pathogenesis: the coincidental evolution of virulence factors. PLoS One 2010;5(8):e11882.
25. Actis LA, Tolmasky ME, Crosa JH. Bacterial plasmids: replication of extra-chromosomal genetic elements encoding resistance to antimicrobial compounds. Front Biosci 1999;4:D43–D62.
26. Francia MV, Varsaki A, Garcillán-Barcia MP, Latorre A, Drainas C, de la Cruz FA. Classification scheme for mobilization regions of bacterial plasmids. FEMS Microbiol Rev 2004;28(1):79–100.
27. Rubino S, Cappuccinelli P, Kelvin DJ. Escherichia coli (STEC) serotype O104
outbreak causing haemolytic syndromes (HUS) in Germany and France. J Infect Dev Ctries 2011;5(6):437–440.
