Po ponad miesiącu poszukiwań znaleziono źródło zakażenia ludzi w Niemczech nowym, niezwykle zjadliwym szczepem Escherichia coli (EHEC), który odpowiada za zachorowanie ponad 2500 ludzi i śmierć ponad 50 pacjentów. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że źródłem jest hodowla kiełków zanieczyszczonych tym zarazkiem w Bienenbuettel w Dolnej Saksonii. Szczep, który zaatakował Niemców na początku maja 2011 r., oprócz krwawej biegunki u 25% chorych wywołał zespół hemolityczno-mocznicowy (HUS – Haemolytic Uremic Syndrome), polegający na rozpadzie erytrocytów i uszkodzeniu nerek. Wydaje się, że źródłem zanieczyszczenia kiełków byli trzej pracownicy, w których organizmach znaleziono tę bakterię. W efekcie wycofano ostrzeżenie przed spożywaniem ogórków, pomidorów i sałaty, które na początku epidemii podejrzewano o bycie źródłem zakażenia. Droga, którą doszło do zanieczyszczenia kiełków, nie została jednak jednoznacznie ustalona i wciąż są doniesienia o nowych zachorowaniach.

Ryc. 1. Przeżuwacze są najważniejszym naturalnym rezerwuarem szczepów EHEC.

Nadal brak racjonalnych sposobów przewidywania, gdzie i w jakim czasie pojawią się nowe zarazki lub ich wysoce zjadliwe odmiany, wywołujące choroby odzwierzęce. Tylko częściowo można w oparciu o istniejące dane epidemiologiczne, ocenę kierunków rozwoju społeczeństw i gospodarki, tendencje zmian ekologicznych i klimatycznych przewidywać, które z już istniejących zoonoz odegrają dominującą rolę. Dotyczy to zwłaszcza tych zoonoz, które cechuje duża szybkość rozprzestrzeniania się, zwłaszcza chorób szerzących się drogą pokarmową. Zdaniem epidemiologów wśród bakteryjnych zakażeń pokarmowych w XXI w. będą dominować: kolibakterioza wywołana przez nowe serotypy Escherichia coli, kampylobakterioza, jersinioza i salmonelozy (4).

Epidemiologia kolibakterioz

Ryc. 2. Kolibakterioza jest chorobą prosiąt w pierwszych dniach życia oraz starszych, nieodsadzonych i odsadzonych, wywołaną przez enterotoksyczne (ETEC) szczepy pałeczki okrężnicy.

Escherichia coli (Enterobacteriaceae), wyizolowana po raz pierwszy w 1885 r. przez T. Eschericha, wchodzi w skład fizjologicznej mikroflory bakteryjnej jelita grubego człowieka i zwierząt stałocieplnych, uczestnicząc w rozkładzie pokarmu, przyczyniając się do produkcji witamin z grupy B i witaminy K, a także zapobiegając na drodze konkurencji kolonizacji jelit przez szczepy bardziej zjadliwe oraz gatunki bakterii i grzybów patogennych. Występuje ona też powszechnie w glebie i w wodzie, gdzie trafia z wydzielinami i kałem. Wśród pałeczek okrężnicy występują szczepy chorobotwórcze dla zwierząt i człowieka. Zjadliwe szczepy E. coli są jedną z najczęstszych przyczyn zakażeń przewodu pokarmowego, często groźnych dla zdrowia i życia (20).

Powszechność występowania pałeczki okrężnicy w środowisku zwierząt i człowieka sprawia, że szybko kolonizuje ona przewód pokarmowy, który stanowi naturalny ekosystem dla tego zarazka. Niebezpieczne dla człowieka są szczególnie wyselekcjonowane patogenne szczepy pochodzące od zwierząt, zwłaszcza od bydła i drobiu (9). E. coli 0157:H7 produkująca werotoksynę (VTEC – verocytotoxin producing E. coli), rozpoznana jako przyczyna groźnego w skutkach zatrucia pokarmowego u ludzi w USA w 1993 r., stworzyła nowe zagrożenie epidemiczne, zwłaszcza w społeczeństwach zindustrializowanych (5). Okazało się też, że oprócz serotypu 0157:H7, szczepy EHEC należące do serotypów O26:H11/H–, O103:H2/H–, O111:H8/H10/ /H– i O145:H28/H25/H– oraz fermentujące sorbitol E. coli O157:H– występują w mniej więcej 50% stolców połowy pacjentów z HUS (15). Stwierdzono również, że EHEC izolowane od bydła, należące do serotypu 0156:H25, powodują u ludzi krwawą biegunkę i HUS. Tak więc bydło stanowi potencjalne źródło zakażenia dla zwierząt i człowieka. W 2010 r. w kilku stanach USA ten serotyp wywołał masowe zachorowania u ludzi po konsumpcji sera żółtego (2, 6).

Właściwości E. coli

E. coli jest Gram-ujemną pałeczką (0,3-1,0 × 1,0-6,0 µm), która nie tworzy przetrwalników, ma rzęski lub otoczkę. Bakteria ta ma wici, fimbrie, pilusy oraz fimbrie płciowe (pod warunkiem posiadania plazmidów płciowych F+). Ważne klinicznie geny oporności są zlokalizowane w plazmidach, często w plazmidach F+, co sprzyja ich poziomemu przekazywaniu (19). Rośnie na podłożach podstawowych w warunkach tlenowych i mikroaerofilnych, tworząc niewielkie (2-3 mm) kolonie. Wytrzymałość E. coli na czynniki środowiskowe jest stosunkowo mała. Ginie ona po 20 minutach ogrzewania w temperaturze 60°C, jest wrażliwa na wszystkie znane środki dezynfekcyjne. Jednakże w środowisku o temperaturze niższej i odpowiedniej wilgotności utrzymuje się miesiącami.

Na szczególną uwagę zasługuje budowa antygenowa pałeczki, aktywność biochemiczna, mechanizmy działania chorobotwórczego. Różnice w aktywności biochemicznej stanowią jedną z metod identyfikacji gatunku, co jest szczególnie ważne z uwagi na podobieństwa w budowie morfologicznej rodziny Enterobacteriaceae, w której skład wchodzi 40 rodzajów obejmujących ponad 200 gatunków. Zróżnicowanie antygenowe zarazka umożliwia rozpoznawanie chorobotwórczych szczepów E. coli. Wyróżnia się 171 antygenów somatycznych (O), około 80 antygenów powierzchniowych (K) i ponad 50 antygenów rzęskowych (H), dzięki którym wyodrębniono 180 serotypów tego zarazka (8).

Czynniki zjadliwości dotyczą głównie zdolności do przylegania i adhezji pałeczki okrężnicy do nabłonka przewodu pokarmowego oraz wytwarzania toksyn przez niektóre szczepy. Adhezji sprzyja obecność fimbrii (typ I, P i S). Ważnymi czynnikami zjadliwości są: obecność antygenu K, adhezyn, endotoksyny LPS i α-hemolizyny (14) oraz wytwarzanie toksyny typu Shiga (1). Hemolizyna ma właściwości hemolityczne, dermonekrotyczne i koagulujące osocze.

Ze względu na mechanizmy działania chorobotwórczego w obrębie patogennych szczepów E. coli wyodrębniono szczepy enterotoksyczne (ETEC), enteroinwazyjne (EIEC), enteropatogenne (EPEC), enteroadherentne (EAEC) i enterokrwotoczne (EHEC). Szczepy ETEC produkują ciepłochwiejne (LT-1, LT-II) lub ciepłostałe (ST-I, ST-II) toksyny, przy czym mogą produkować jednocześnie obydwa typy toksyn, oraz andezyny CFA/I, CFA/II. Toksyny te powodują wzmożenie sekrecji płynu do światła jelita, wywołując silną biegunkę o przebiegu zbliżonym do objawów cholery. Najbardziej powszechnie występują i największy zasięg geograficzny mają zakażenia wywoływane przez szczepy ETEC. Produkcja toksyn jest regulowana przez plazmidy, co stwarza możliwość przeniesienia tej cechy na inną, nieprodukującą toksyn komórkę. Toksyny powodują zaburzenia enzymatyczne. Składająca się z części A i B toksyna LT łączy się częścią B z gangliozydem G_MI komórki, a podjednostka A przenika przez błonę komórkową i aktywuje cyklazę adenylową, co powoduje wzrost cyklicznego monofosforanu adenozyny (cAMP – cyclic adenosine monophosphate) w komórce. Wzrost cAMP powoduje zwiększone wydalanie chlorków przez komórki krypt i hamuje absorpcję chlorków przez kosmki jelitowe. Zaburzenia sekrecyjno-absorpcyjne w jelitach cienkich powodują nagromadzenie płynu w takiej ilości, że jelita grube nie są w stanie go zakumulować, co powoduje biegunkę. Połączenie toksyny LT z komórką jest nieodwracalne i zaburzenie trwa przez cały okres życia komórki (2-3 dni). Podobnie działa toksyna ST, z tym że jej połączenie z receptorem komórki jest odwracalne. Stymuluje ona wydzielanie cyklazy guanylowej (guanylate cyclase), co prowadzi do produkcji monofosforanu guanozyny (GMP – guanosine monophosphate), który podobnie jak toksyna LT wywiera bezpośredni wpływ na funkcję wydzielniczą i absorpcyjną komórki (12, 16).

Szczepy EIEC mają zdolność wnikania w głąb tkanek. Namnażają się w komórkach nabłonka jelit. Niszcząc komórki, powodują owrzodzenia jelit oraz objawy podobne do dyzenterii. Szczepy te nie wytwarzają toksyn, nie mają rzęsek, nie rozkładają laktozy.

Szczepy EPEC penetrują do wnętrza komórek i działając na ultrastrukturę komórek nabłonka jelitowego, wywołują śluzowe biegunki u niemowląt.

Szczepy EAEC należą do różnych serotypów. Ulegają autoaglutynacji, produkują toksynę ST-podobną oraz toksynę hemolizopodobną. Wywołują przewlekłe biegunki u dzieci i przewlekłe wodne biegunki u dorosłych.

Szczepy EHEC kolonizują jelita grube, uszkadzają kosmki jelitowe, a także komórki nerek, za pośrednictwem toksyn kodowanych przez plazmid (Stx1 i Stx2, Shiga-like toxin) powodują hemolizę i są przyczyną zespołu hemolityczno-mocznicowego (HUS) u ludzi (7). Przeżuwacze, zwłaszcza bydło i owce, są najważniejszym naturalnym rezerwuarem EHEC. Inne gatunki zwierząt domowych (kozy, drób) oraz psy i koty też pełnią rolę rezerwuaru EHEC. Szczepy EHEC nie tylko produkują silne cytotoksyny, ale też cechują się zdolnością adherencji do śluzówki jelit. Wszystkie wytwarzają hemolizynę i przynajmniej jedną toksynę Shiga-podobną, ponadto wiele szczepów produkuje intiminę – białko o masie 97 kDa kodowane przez gen eaeA (3). Shigatoksyny niszczą mikrokosmki jelitowe (13).

Zakażenie człowieka E. coli

Powszechność występowania E. coli w środowisku sprawia, że pałeczka okrężnicy kolonizuje przewód pokarmowy człowieka, który stanowi naturalny ekosystem dla tej bakterii. Na szerzenie się infekcji w sposób istotny wpływa fakt, że obecność w pokarmie już nawet 10-50 bakterii może wywołać chorobę. Wprowadzenie drogą pokarmową enteropatogennych szczepów występujących u ludzi i zwierząt prowadzi zawsze, zwłaszcza u dzieci, do zaburzeń ze strony przewodu pokarmowego. Niebezpieczne są szczególnie wyselekcjonowane szczepy szpitalne, a także szczepy pochodzące od zwierząt, zwłaszcza od bydła i drobiu (8, 20). Źródłem zakażenia EHEC dla człowieka jest konsumpcja mięsa wołowego niepoddanego pełnej obróbce termicznej, zwłaszcza mielonego, surowego mleka, niepasteryzowanych soków owocowych, zanieczyszczonej bakteriami sałaty, wody pitnej, kiełków roślinnych, sarniny, a także drobiu, wieprzowiny i mięsa jagniąt.

Szczepy enteropatogenne powodują zakażenia z biegunką o różnym nasileniu. Biegunka utrzymuje się kilka dni i najczęściej samoistnie ustępuje, co jest związane ze zniszczeniem zarazka przez mechanizmy immunologiczne organizmu. Najczęściej biegunka wywołana przez ETEC i EPEC dotyczy zmian w jelicie cienkim i ma charakter wypróżnień wodnistych. W przypadku zakażenia szczepami EIEC zmiany dotyczą jelita grubego i przybierają charakter dyzenterii. E. coli O157:H7 jest najczęstszym na świecie serotypem EHEC, który wywołuje choroby układu pokarmowego i moczowego. Szczepy EHEC kolonizują jelito ślepe i okrężnicę, uszkadzają kosmki jelitowe za pośrednictwem toksyny kodowanej przez plazmid (Shiga-like toxin). Toksyny Shiga hamują w komórce docelowego działania syntezę białka w sposób podobny jak toksyna rycyny, przez odłączenie zasady adeninowej z 28S RNA podjednostki 60S rybosomu. U około 10% osób zakażonych EHEC rozwija się krwotoczne zapalenie jelita grubego (colitis haemorrhagica), któremu towarzyszy ostra krwawa biegunka określana terminem „all blood but no stool”, hemolityczny zespół mocznicowy (haemolytic and uraemic syndrom) lub małopłytkowa plamica zakrzepowa (purpura thrombotic thrombocytopenica), często kończące się zejściem śmiertelnym (8).