الإشريكية القولونية (جنس الإشريكية القولونية، الإشريكية القولونية)

اكتُشف الممثل الرئيسي لجنس الإشريكية القولونية (E. coli) لأول مرة عام ١٨٨٥ على يد ت. إشيريش، الذي سُمّي هذا الجنس من البكتيريا تيمنًا به. السمات الرئيسية لهذا الجنس: بكتيريا حول النترت (أو غير متحركة)، تُخمّر اللاكتوز مُكوّنةً حمضًا وغازًا (أو سلبية اللاكتوز)، لا تنمو في وسط تجويع يحتوي على السترات، ويكون تفاعل فوجس-بروسكاور سلبيًا، واختبار الرنين المغناطيسي إيجابيًا، ولا تحتوي على فينيل ألانين دياميناز، ولا تنمو في وسط يحتوي على KCN، وتتراوح نسبة G + C في الحمض النووي (DNA) بين ٥٠ و٥١ مول%.

يضم جنس الإشريكية القولونية سبعة أنواع على الأقل، وتكتسب الإشريكية القولونية أهمية خاصة في الطب، لا سيما تلك الأنواع التي تسبب أمراضًا بشرية. وتنقسم هذه الأنواع إلى مجموعتين رئيسيتين: تلك التي تسبب أمراضًا خارج الأمعاء، وتلك التي تسبب أمراضًا معوية حادة (AID). وتنقسم الأنواع التي تمثل المجموعة الأولى إلى ثلاث مجموعات مرضية:

1. السحايا (MENEC - التهاب السحايا الإشريكية القولونية)؛
2. تسمم الدم (SEPEC - تسمم الدم E. القولونية) و
3. مسببات الأمراض البولية (UPEC - E. coli مسببات الأمراض البولية).

بدورها، قُسِّمت متغيرات الإشريكية القولونية المسببة لالتهابات الجهاز التنفسي الحادة في البداية إلى الفئات الأربع التالية: الإشريكية القولونية المُسبِّبة للسم المعوي (ETEC)؛ والإشريكية القولونية الغازية للأمعاء (EIEC)؛ والإشريكية القولونية المُمْرِضة للأمعاء (EPEC)؛ والإشريكية القولونية النزفية المعوية (EHEC). ولاحقًا، حُدِّدت فئتان إضافيتان: الإشريكية القولونية المُتكَوِّنة للأمعاء (EAEC) والإشريكية القولونية المُتكَوِّنة بشكل منتشر (DAEC).

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام البكتيريا الإشريكية القولونية في المعايير الدولية كمؤشر على درجة تلوث المياه بالبراز، وخاصة مياه الشرب، والمنتجات الغذائية.

يتم استخدام السلالة القياسية من الإشريكية القولونية (E. coli K-12) على نطاق واسع في المختبرات في العديد من البلدان حول العالم لدراسة علم الوراثة للبكتيريا.

[ 1 ]، [ 2 ]، [ 3 ]

علم التشكل

الإشريكية القولونية بكتيريا لاهوائية اختيارية، تنمو جيدًا على أوساط التغذية التقليدية - مستعمراتها على الأجار مستديرة، محدبة، وشفافة. أما على المرق، فيتخذ النمو شكل تعكر منتشر. درجة الحرارة المثلى للنمو هي 37 درجة مئوية، وتنمو في نطاق يتراوح بين 10 و45 درجة مئوية، ودرجة الحموضة المثلى تتراوح بين 7.2 و7.5. في جميع أوساط التشخيص التفريقي، تكون مستعمرات الإشريكية القولونية المتحللة للاكتوز ملونة بلون الكاشف (على وسط إندو - قرمزي داكن مع لمعان معدني).

الخصائص الكيميائية الحيوية

في معظم الحالات، تستطيع الإشريكية القولونية تخمير الكربوهيدرات التالية لتكوين حمض وغاز: الجلوكوز، اللاكتوز، المانيتول، الأرابينوز، الجالاكتوز، وأحيانًا السكروز وبعض الكربوهيدرات الأخرى؛ وتُكوّن الإندول؛ وعادةً لا تُكوّن كبريتيد الهيدروجين _؛ وتُختزل النترات إلى نتريت، ولا تُسيّل الجيلاتين، ولا تنمو في وسط تجويع مع السترات، وتُعطي تفاعلًا إيجابيًا مع MR وتفاعلًا سلبيًا مع Voges-Proskauer. ومن خلال هذه العلامات، يُمكن تمييزها بسهولة عن مُسببات الأمراض (الزحار، حمى التيفوئيد، السالمونيلا، إلخ). ومع ذلك، غالبًا ما لا تختلف الإشريكية القولونية المُمرضة عن غير المُمرضة سواءً من حيث الخصائص الثقافية أو الكيميائية الحيوية.

[ 4 ]، [ 5 ]، [ 6 ]، [ 7 ]، [ 8 ]، [ 9 ]، [ 10 ]، [ 11 ]

عوامل مسببة للأمراض من الإشريكية القولونية

إن قدرة البكتيريا الإشريكية القولونية على التسبب في أمراض مختلفة ترجع إلى وجود عوامل المرض التالية:

عوامل الالتصاق والاستعمار. وهي ضرورية للالتصاق بخلايا الأنسجة واستعمارها. وقد اكتُشفت ثلاثة أنواع من عوامل الاستعمار: أ) CFA/I-CFA/VI (عامل الاستعمار) - وله بنية زغبية؛ ب) EAF (عامل التصاق الإشريكية القولونية المُمرضة للأمعاء) - وهو إنتيمين - وهو بروتين غشائي خارجي، يُشفّره جين eaeA. ويوجد في 4 وEHEC، ويُكتشف من خلال قدرة البكتيريا على الالتصاق بخلايا Hep-2؛ ج) التصاق Henle-407 - وهو بنية زغبية، ويُكتشف من خلال قدرة البكتيريا على الالتصاق بخلايا Henle-407. جميعها مُشفّرة بواسطة جينات البلازميد. بالإضافة إلى ذلك، وُصفت عوامل استعمار أخرى، والتي قد تشمل أيضًا عديدات السكاريد الدهنية البكتيرية.

عوامل الغزو. بمساعدتها، تخترق EIEC وEHEC، على سبيل المثال، الخلايا الظهارية المعوية، وتتكاثر فيها، وتُسبب تدميرها. وتؤدي بروتينات الغشاء الخارجي دور عوامل الغزو.

السموم الخارجية. وُجد أن البكتيريا الإشريكية القولونية المسببة للأمراض تحتوي على سموم خارجية تُلحق الضرر بالأغشية (الهيموليزين)، وتثبط تخليق البروتين (سم شيغا)، وتُنشط الرسل الثانوية (الرسول - التواصل) - سموم CNF، ST، CT، CLTD، EAST.

تُنتج مسببات الأمراض المختلفة، بما في ذلك الإشريكية القولونية، الهيموليزينات. الهيموليزين سمٌّ مُكوِّن للمسام. يرتبط أولًا بغشاء الخلية المستهدفة، ثم يُشكِّل مسامًا فيه، تدخل من خلاله الجزيئات والأيونات الصغيرة وتخرج، مما يؤدي إلى موت الخلايا وانحلال كريات الدم الحمراء.

اكتُشف سم شيغا (STX) لأول مرة في بكتيريا الشيغيلة الزحارية، ثم عُثر على سم مماثل (سم شبيه بشيغا) في بكتيريا EHEC. يعيق السم (N-glycosidase) تخليق البروتين بالتفاعل مع 28S rRNA، مما يؤدي إلى موت الخلية (سم خلوي). يوجد نوعان من السم الشبيه بشيغا: STX-1 وSTX-2. يتطابق STX-1 تقريبًا مع سم شيغا في خصائصه المستضدية، بينما يختلف STX-2 عن سم شيغا في خصائصه المستضدية، وعلى عكس STX-1، لا يُعادله المصل المضاد له. يتم التحكم في تخليق سموم STX-1 وSTX-2 الخلوية في بكتيريا الإشريكية القولونية بواسطة جينات البروفاجات التحويلية المعتدلة 9331 (STX-1) و933W (STX-2).

• السم L (السم المتغير بالحرارة) هو ADP-ribosyltransferase؛ عن طريق الارتباط ببروتين G، فإنه يسبب الإسهال.
• السم ST (السم المقاوم للحرارة)، الذي يتفاعل مع مستقبل غوانيلات سيكليز، يحفز نشاطه ويسبب الإسهال.
• عامل النخر السام للخلايا (CNF) هو بروتين ديميداز يُلحق الضرر بما يُسمى بروتينات RhoG. يوجد هذا السم في UPEC، المُسبب لالتهابات المسالك البولية.
• سُمّ CLTD هو سُمّ مُفتّت للخلايا، وآلية عمله غير مفهومة تمامًا.
• سم EAST هو سم مستقر حرارياً من البكتيريا القولونية المتجمعة في الأمعاء (EAEC)، وربما يكون مشابهاً للسم المستقر حرارياً (ST).

السموم الداخلية هي عديدات سكاريد دهنية. وهي تحدد الخصوصية المستضدية للبكتيريا (والتي تُحددها السلسلة الجانبية المتكررة من السكريات) وشكل المستعمرات (يؤدي فقدان السلاسل الجانبية إلى تحول مستعمرات S إلى مستعمرات R).

وبالتالي، فإن العوامل المسببة للأمراض في الإشريكية القولونية لا تُتحكم فيها الجينات الكروموسومية للخلية المضيفة فحسب، بل أيضًا الجينات التي تُدخلها البلازميدات أو عاثيات تحويل الحرارة المعتدلة. كل هذا يشير إلى احتمال ظهور متغيرات ممرضة من الإشريكية القولونية نتيجة انتشار البلازميدات وعاثيات تحويل الحرارة المعتدلة بينها. فيما يلي وصف موجز لأربع فئات من الإشريكية القولونية المسببة لالتهابات الجهاز التنفسي الحادة؛ ولم تُعثر على معلومات حول الفئتين اللتين تم تحديدهما مؤخرًا، وهما DAEC وEAEC، في المصادر المتاحة لنا.

يشمل ETEC 17 مجموعة مصلية. تُشفَّر عوامل الالتصاق والاستعمار للبنية الزغاباتية من نوع CFA والسموم المعوية (LT أو ST، أو كليهما) بواسطة البلازميد نفسه. تستعمر هذه العوامل الزغابات دون إتلافها. تُسبب السموم المعوية اضطرابًا في استقلاب الماء والملح. تتمركز هذه العملية في الأمعاء الدقيقة. تتراوح الجرعة المعدية بين 108 و1010 خلية. يتطور المرض كإسهال شبيه بالكوليرا. ينتقل هذا النوع من الأوبئة عن طريق الماء، ونادرًا ما ينتقل عن طريق الغذاء. يُصيب الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين سنة وثلاث سنوات والبالغين.

يتضمن EIEC 9 مجموعات مصلية، وترتبط الإمراضية بالقدرة على اختراق الخلايا الظهارية للغشاء المخاطي المعوي والتكاثر داخلها، مما يتسبب في تدميرها. يتم ترميز هذه الخصائص، بالإضافة إلى الجينات الكروموسومية، بواسطة جينات البلازميد (140 MD). يشفر البلازميد تخليق بروتينات الغشاء الخارجي، والتي تحدد الغزو. يرتبط كل من البلازميد نفسه والبروتينات التي يشفرها بتلك الموجودة في مسببات أمراض الزحار، مما يفسر تشابه EIEC مع الشيغيلا. الجرعة المعدية هي 10 خلايا. توطين العملية هو الجزء السفلي من اللفائفي والأمعاء الغليظة. يتطور المرض على شكل زحار: في البداية إسهال مائي، ثم متلازمة القولون. الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 1.5 و2 سنة والمراهقون والبالغون مرضى. نوع الفاشيات - الطعام والماء.

علم الأوبئة

تُمثل الإشريكية القولونية البكتيريا الدقيقة الطبيعية في الأمعاء لدى جميع الثدييات والطيور والزواحف والأسماك. لذلك، ولتوضيح مسألة أي من متغيرات الإشريكية القولونية تُسبب داء الإشريكية القولونية، كان من الضروري دراسة بنية المستضد، ووضع تصنيف مصلي ضروري لتحديد المتغيرات المصلية المُمرضة، ومعرفة عوامل الإمراض التي تمتلكها، أي سبب قدرتها على التسبب في أشكال مختلفة من داء الإشريكية القولونية.

تحتوي الإشريكية القولونية على 171 متغيرًا من مستضد O (01-0171)، و57 متغيرًا من مستضد H (H1-H57)، و90 متغيرًا من مستضد K السطحي (الكبسولي). في الواقع، يوجد 164 مجموعة من مستضدات O و55 متغيرًا مصليًا من مستضد H، نظرًا لاستبعاد بعض المجموعات المصلية السابقة 0:H من أنواع الإشريكية القولونية، مع بقاء الأعداد الترتيبية لمستضدي O وH دون تغيير. تشمل الخصائص المستضدية للإشريكية القولونية المسببة للإسهال أرقام مستضدي O وH، على سبيل المثال: 055:116؛ 0157:H7؛ يشير مستضد O إلى الانتماء إلى مجموعة مصلية معينة، ومستضد H هو متغيرها المصلي. بالإضافة إلى ذلك، كشفت دراسة أكثر تعمقًا لمستضدات O وH عن ما يُسمى بمستضدات العامل O وH، أي متغيراتها الفرعية المستضدية، مثل H2a، وH2b، وH2c، أو O20، وO20a، وO20ab، إلخ. وإجمالًا، تضم قائمة بكتيريا الإشريكية القولونية المسببة للإسهال 43 مجموعة مصلية من المجموعة O و57 متغيرًا مصليًا من المجموعة OH. وتُضاف إلى هذه القائمة باستمرار متغيرات مصلية جديدة.

[ 12 ]، [ 13 ]، [ 14 ]

أعراض

تتضمن المجموعة 9 مجموعات مصلية من الفئة 1 وأربع مجموعات مصلية من الفئة 2. تحتوي المجموعات المصلية من الفئة 1 على بلازميد (60 مليون دالتون) يتحكم في تخليق عامل الالتصاق والاستعمار لنوع EAF. يتم تمثيله بواسطة بروتين موضعي في الغشاء الخارجي ويتم الكشف عنه من خلال قدرة البكتيريا على الارتباط بخلايا HEp-2. يبلغ وزن البروتين 94 كيلو دالتون. لا تحتوي المجموعات المصلية من الفئة 2 على هذا البلازميد؛ ويرجع سبب إمراضيتها إلى بعض العوامل الأخرى. وقد وُجد أن بعض سلالات كلا الفئتين قادرة على تخليق STX. 4 تستعمر الغشاء البلازمي للخلايا المعوية، مما يتسبب في تلف السطح الظهاري مع تكوين تآكلات والتهاب معتدل. الجرعة المعدية هي 105-10 ¹² خلية. تتم عملية التمركز في الأمعاء الدقيقة. يتميز المرض بالإسهال المائي والجفاف الشديد. معظم الأطفال في السنة الأولى من العمر مرضى. طريقة العدوى هي الاتصال المنزلي، وفي حالات أقل شيوعاً تنتقل عن طريق الغذاء.

المجموعات المصلية EIEC و 4 هي الأسباب الأكثر شيوعًا لانتشار الأمراض داخل المستشفيات.

تُنتج خلايا EHEC سمومًا خلوية STX-1 وSTX-2. تُسبب هذه السموم التهاب القولون النزفي لدى البشر، مع مضاعفات خطيرة مثل انحلال الدم اليوريمية والفرفرية قليلة الصفيحات الخثارية. تُدمر هذه السموم الخلايا البطانية للأوعية الدموية الصغيرة. يؤدي تكوين جلطات الدم وترسب الفيبرين إلى ضعف تدفق الدم، والنزيف، ونقص التروية، ونخر جدار الخلية. قد تكون متلازمة انحلال الدم اليوريمية قاتلة. تُمثل خلايا EHEC العديد من الأنماط المصلية (-150)، إلا أن الدور الوبائي الرئيسي تلعبه الإشريكية القولونية 0157-H7 وطفرتها السوطية E. coli 0157:NM، لأنهما وحدهما يُنتجان STX. لا تستطيع هذه السلالات من البكتيريا إفراز سوى واحد من السموم الخلوية أو كليهما في وقت واحد. يُعتقد أن المستودع الطبيعي لسلالات EHEC المصلية، بما في ذلك الإشريكية القولونية 0157:H7، هو الماشية والأغنام. الطريق الأكثر شيوعًا للإصابة هو الطعام (اللحوم، وخاصةً اللحم المفروم؛ الحليب). تتميز الإشريكية القولونية 0157:H7 بمقاومتها غير العادية للعوامل الضارة، مما يُسهم في بقائها وتكاثرها في منتجات مختلفة. يمكن أن تنتقل العدوى من خلال ملامسة الأدوات المنزلية. يبدأ المرض بشكل حاد: تشنجات معوية، ثم إسهال، يكون مائيًا في البداية، ثم دمويًا. يُصاب به الأطفال والبالغون. الشخص المصاب معدٍ.

التشخيصات المختبرية

يعتمد هذا على عزل مزرعة نقية من العامل الممرض وتحديده، بالإضافة إلى اختبار السموم باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). يتم تحديد العامل المسبب لداء الإشريكية القولونية باستخدام مجموعة من أمصال OK متعددة التكافؤ ومجموعة من الأمصال الممتزة التي تحتوي على أجسام مضادة لمستضدات معينة فقط. يمكن استخدام اختبار القرنية والملتحمة لتحديد EIEC. بعض ممثلي EIEC غير متحركة ولا تخمر اللاكتوز والساليسين. يسهل التعرف على الإشريكية القولونية 0157:H7 بسبب عدم قدرتها على تخمير السوربيتول (يُستخدم وسط Endo مع السوربيتول بدلاً من اللاكتوز). ولكن من الأفضل استخدام أنظمة اختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل لتحديد مسببات الأمراض OKZ (جميع الفئات) والتمييز بينها. إذا لزم الأمر، يتم تحديد حساسية مسببات الأمراض المعزولة للمضادات الحيوية.

علاج الإشريكية القولونية

تُستخدم مضادات حيوية متنوعة. تُستخدم محاليل ملحية فموية لاستعادة توازن الماء والملح المضطرب. تُنتج في أكياس سيلوفان على شكل مساحيق تحتوي على 3.5 غ من كلوريد الصوديوم، و2.5 غ من كلوريد الصوديوم، و1.5 غ من كلوريد البوتاسيوم، و20 غ من الجلوكوز، وتُذاب في لتر واحد من الماء.