Escherichia coli – jelitowy koń trojański. Jak przebiega zakażenie pałeczką okrężnicy?

Bakterie tego gatunku są względnymi beztlenowcami, które wchodzą w skład prawidłowej flory bakteryjnej jelita grubego człowieka oraz innych zwierząt stałocieplnych. Stąd też przedostają się do gleby i wód powierzchniowych. E. coli kolonizuje układ pokarmowy ssaków wkrótce po porodzie.

Escherichia coli – charakterystyka

E. coli to gatunek pałeczkowatej gram-ujemnej bakterii powszechnie nazywanej pałeczką okrężnicy, która wchodzi w skład fizjologicznej flory jelitowej ludzi i zwierząt stałocieplnych. Ponadto jest rozpowszechniona w środowisku naturalnym, a przede wszystkim w glebie i wodzie. Poniektóre z gatunków tej bakterii prowadzą do chorób, zazwyczaj zakażenia przewodu pokarmowego. Najczęstsze objawy zatrucia Escherichia coli obejmują: biegunkę, bóle brzucha, gorączkę, nudności, ogólne osłabienie i wymioty. Do niedawna sądzono, że Escherichia coli nie może zbyt długo przetrwać poza środowiskiem jelita grubego, gdyż nie jest w stanie się namnażać, a jej wytrzymałość na czynniki środowiskowe jest stosunkowo mała. Ginie po 20 minutach ogrzewania w temperaturze 60°C i jest wrażliwa na wszystkie znane środki dezynfekcyjne. W ostatnim czasie wykazano jednak, że bakterie E. coli potrafią przetrwać i rozmnażać się w wodzie, piasku i osadach dennych, a niektóre z nich przechodzą proces naturalizacji i zaczynają wykazywać cechy odmienne od szczepów ludzkiego pochodzenia.

Większość szczepów Escherichia coli jest nieszkodliwa i realizuje ważne symbiotyczne funkcje w środowisku ludzkiej flory jelitowej. Biorą one udział w rozkładzie pokarmu, produkcji witamin z grupy B i K oraz krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, a przede wszystkim chronią układ pokarmowy przed patogenami, włączając patogenne szczepy tego samego gatunku. Ponadto postuluje się, że E. coli chroni układ pokarmowy przed oportunistyczną, oporną na antybiotyki bakterią Pseudomonas aeruginosa, która powszechnie zakaża układ oddechowy oraz rany.

Escherichia coli w badaniach

Znanych jest jednak wiele szczepów wywołujących ciężkie jelitowe i pozajelitowe infekcje. Duża różnorodność obserwowana w obrębie bakterii tego gatunku uczyniła z E. coli modelowy organizm wykorzystywany do studiów nad ewolucją i zdolnością adaptacji bakterii. Badania z jej udziałem zakończyły się przyznaniem aż 11 nagród Nobla, a sama bakteria pałeczki okrężnicy uznawana jest za najlepiej przebadany wolno żyjący organizm na świecie. Dzięki licznym badaniom bardzo dobrze poznane są także leczenie i profilaktyka E. coli.

Plastyczność genomu Escherichia coli sprawia, że znajduje ona zastosowania w biotechnologii, m.in. w przemysłowej produkcji ludzkiej insuliny, ludzkiego hormonu wzrostu oraz wielu enzymów i leków. Bakterie te są tanie w hodowli, rosną w dużej ilości na małej powierzchni i co 20 minut wytwarzają nowe pokolenie. Potrafią wymieniać się DNA z organizmami różnych gatunków, tracić określone geny, prowadzić miejscowe mutacje – ich kod genetyczny znajduje się w nieustannym ruchu, dostosowując się do warunków i konkurencji w ich otoczeniu.

Infekcje wywoływane przez Escherichia coli

Niebywały potencjał tej bakterii nie zawsze działa zgodnie z interesem człowieka. Szacuje się, że rocznie w wyniku zakażenia E. coli umiera 2 miliony ludzi na świecie. Obecnie dobrze przebadano sześć jelitowych patogennych serotypów E. coli, które różnią się oddziaływaniem na człowieka oraz przebiegiem infekcji. Są to: (STEC/EHEC) sczep produkujący toksynę Shiga – enterokrwotoczny (szczepy enterokrwotoczne mogą odpowiadać za ciężkie choroby, jak np. krwotoczne zapalenie okrężnicy), (EPEC) szczep enteropatogeniczny, (ETEC) szczep enterotoksynogenny, (EAEC) szczep enteroagregacyjny, (EIEC) szczep enteroinwazyjny, (DAEC) szczep adherencyjny.

Szczepy pałeczki okrężnicy oznaczane jako ExPEC odpowiadają za infekcje pozajelitowe. Należą do nich szczepy wywołujące takie objawy zakażenia pałeczką okrężnicy jak: noworodkowe zapalenia opon mózgowych u noworodków, wywołujące sepsę czy zakażające układ moczowy. Do szczepów, które powodują zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych u noworodków, należą szczepy Escherichia coli posiadające antygen K1. Uropatogenna Escherichia coli jest tymczasem czynnikiem etiologicznym zakażenia dróg moczowych czy odmiedniczkowego zapalenia nerek. Bakterie z tego szczepu, dzięki specjalnym wypustkom, łączą się z komórkami pokrywającymi drogi moczowe. Zakażenie pęcherza moczowego dotyka najczęściej aktywnych seksualnie kobiet. Inne źródła zakażenia to także przerost prostaty bądź cewnik w pęcherzu moczowym. Objawy choroby to w tym przypadku m.in.: częste oddawanie moczu, pieczenie cewki moczowej, a w bardziej zaawansowanym stadium rozwoju nawet odmiedniczkowe zapalenie nerek, którego powikłaniami są chociażby wysoka gorączka czy wymioty. Obecność Escherichia coli w moczu można zbadać przez badanie ogólne moczu z osadem.

Infekcje pozajelitowe często powodują niektóre szczepy pełniące pożyteczne funkcje w jelitach (komensalne), dlatego E. coli bywa określana mianem jelitowego konia trojańskiego. Pałeczka okrężnicy, przekształcając się z organizmu symbiotycznego we wrogi, nabywa różnorodne cechy zjadliwości, których kombinacja wpływa na przebieg i obraz zakażenia. Jelitowe szczepy patogenne E. coli mają zdolność wywoływania biegunek o rożnym przebiegu w zależności od miejsca zakażenia, sposobu przylegania do komórek jelitowych i uwalnianych toksyn. Mogą powodować obfite, silnie odwadniające biegunki z jelita cienkiego, mniej obfite biegunki z jelita grubego lub krwawe biegunki powodowane przez toksynę Shiga.

Istnieje również możliwość zakażenia „fizjologiczną” Escherichia coli. U chorego może rozwinąć się zapalenie płuc bądź zapalenie otrzewnej o etiologii Escherichia coli. Najczęstszymi objawami przy zapaleniu płuc są: duszność, gorączka i przyspieszony oddech. Zapalenie otrzewnej jest podręcznikowym powikłaniem po pęknięciu wyrostka robaczkowego albo uchyłku jelita grubego. Objawia się zaś gorączką, silnymi bólami brzucha i problemami z wypróżnianiem się. „Fizjologiczna” Escherichia coli jest także najczęstszą przyczyną zakażeń szpitalnych.

Jak wygląda rozpoznanie zakażenia bakterią Escherichia coli?

W celu rozpoznania zakażenia bakterią Escherichia coli, wykonuje się posiew mikrobiologiczny albo bezpośrednie badanie materiału biologicznego (tj. kału, krwi, moczu, plwocin, itp.). Tym sposobem możliwa jest identyfikacja szczepu, który jest sprawcą zakażenia. W dodatkowych badaniach, zależnie od szczepu i lokalizacji zakażenia, można stwierdzić ponadto: obecność leukocytów w kale, moczu bądź płynie mózgowo-rdzeniowym, a także wysokie parametry stanu zapalnego.

Rokowania dotyczące kompletnego wyleczenia pacjenta zależą od kilku czynników, przede wszystkim od tego, jak prędko rozpocznie się kurację, i jak zaawansowane jest zakażenie, a także w zależności od tego, które narządy zajęło zakażenie. Spośród potencjalnych zagrożeń i powikłań można wymienić zespół hemolityczno-mocznicowy, który wikła zakażenie szczepami produkującymi toksynę Shiga. Zespół ten cechuje kilkuprocentowa śmiertelność. W przypadku posocznicy noworodków, innego możliwego powikłania, śmiertelność wynosi ok. 8%.

Aby uniknąć zakażenia E. coli, trzeba pamiętać o częstym myciu rąk, szczególnie przed każdym posiłkiem, po skorzystaniu toalety bądź po kontakcie z pieluchami niemowlaka, a także przy gotowaniu oraz po kontakcie ze zwierzętami. Częstą przyczyną zakażeń pałeczką okrężnicy bywa też zła higiena okolicy krocza – w ten sposób bakteria dostaje się z odbytu do cewki moczowej, co jest przyczyną zakażeń układu moczowego. Ponadto warto pamiętać o odpowiednich nawykach w kuchni – pilnować, aby przygotowywane przez nas mięso było w pełni dogotowane bądź dopieczone, oraz unikać niepasteryzowanych produktów mlecznych. Podczas kąpieli w basenie lub w jeziorze należy uważać, aby nie połykać wody. Jeśli już doszło do zakażenia, należy jak najszybciej zacząć leczenie pod okiem lekarza.

Bibliografia:

• Ishii, S. and Sadowsky, M.J. (2008) Escherichia coli in the environment: implications for water quality and human health. Microbes Environ 23, 101–108.
• Ishii, S., Ksoll, W.B., Hicks, R.E. and Sadowsky, M.J. (2006) Presence and growth of naturalized Escherichia coli in temperate soils from Lake Superior watersheds. Appl Environ Microbiol 72, 612–621.
• https://pl.wikipedia.org/wiki/Pa%C5%82eczka_okr%C4%99%C5%BCnicy (9.5.2022).
• Theodoulakis Christofi, Stavria Panayidou, View ORCID ProfileIrini Dieronitou, Christina Michael, Yiorgos Apidianakis Defining Escherichia coli as a health-promoting microbe against intestinal Pseudomonas aeruginosa Now published in Scientific Reports https://www.biorxiv.org/content/10.1101/612606v1 (20.04.2023).
• https://wickhamlabs.co.uk/technical-resource-centre/fact-sheet-escherichia-coli/ (9.5.2022)
• Leimbach A, Hacker J, Dobrindt U. E. coli as an all-rounder: the thin line between commensalism and pathogenicity. Curr Top Microbiol Immunol. 2013;358:3-32.
• Kaper, J.B., Nataro, J.P. and Mobley, H.L.T. (2004) Pathogenic Escherichia coli. Nat Rev Microbiol 2, 123–140.
• Escherichia coli, C. Wanke, C.L. Sears, in International Encyclopedia of Public Health, 2008.

Więcej informacji na temat poszczególnych bakterii znajdziesz w poniższych artykułach:

• Lactobacillusy – królowie życia
• Lactobacillus rhamnosus
• Lactobacillus plantarum
• Lactobacillus paraplantarum
• Helicobacter pylori a mikrobiota – dobry czy zły „policjant”?
• Escherichia coli – jelitowy koń trojański
• Clostridium difficile – laseczki bezwzględnie beztlenowe
• Clostridium perfringens – toksyczna, zła i wścibska
• Campylobacter jejuni – drobni przestępcy
• Bifidobacterium longum
• Bifidobakterie – strażnicy homeostazy naszego organizmu
• Bifidobacterium breve
• Bifidobacterium animalis