Кишкова́ паличка (Escherichia coli; зазвичай скорочено E. coli, від лат. coli — «кишкова») — грам-негативна паличкоподібна бактерія, яка зазвичай зустрічається в нижній частині кишки теплокровних організмів. Більшість штамів кишкової палички нешкідливі, але патогенні різновиди викликають у людей серйозні харчові отруєння, септичний шок, менінгіт або інфекції сечовивідних шляхів. На відміну від нормальної флори кишкової палички, патогенні різновиди виробляють токсини та інші фактори вірулентності, які дозволяють їм оселятися в частинах тіла, зазвичай не заселених кишковою паличкою, і пошкоджувати клітини хазяїна. Ці патогенні властивості кодуються генами вірулентності, які є лише у патогенів.
Вступ Кишкова паличка та споріднені бактерії складають близько 0,1 % кишкової флори, а фекально-оральна передача є основним шляхом, через який патогенні штами цієї бактерії спричиняють захворювання. Ці клітини здатні виживати поза організмом лише протягом обмеженого часу, що робить їх ідеальними індикаторними організмами для перевірки зразків навколишнього середовища на фекальне забруднення. Цю бактерію також можна легко та недорого вирощувати в лабораторних умовах, де її ретельно досліджують вже понад 60 років. Кишкова паличка є найбільш вивченим прокаріотичним модельним організмом і важливим видом у галузях біотехнології та мікробіології, де вона слугує організмом-хазяїном для більшості досліджень щодо рекомбінантної ДНК.
Німецький педіатр і бактеріолог Теодор Ешеріх відкрив кишкову паличку в 1885 році, і нині вона класифікується як частина класу гамма-протеобактерій родини Enterobacteriaceae.
Серотипи
Патогенні штами кишкової палички можна класифікувати на основі складників, які можуть викликати імунну відповідь у тварин, а саме:
O-антиген (соматичний): частина ліпополісахаридного шару клітинної стінки К-антиген (капсульний): полісахарид капсули H-антиген (джгутиковий): білок флагелін джгутика
Наприклад, штам кишкової палички EDL933 належить до серотипу O157:H7.
О-антиген Зовнішня мембрана клітини кишкової палички містить мільйони молекул ліпополісахаридів (ЛПС), які мають такі складники:
O-антиген, полімер імуногенних повторюваних олігосахаридів (1-40 штук) Основна ділянка з фосфорильованих неповторюваних олігосахаридів Ліпід А (ендотоксин)
О-антиген використовується для визначення серотипу кишкової палички, і позначення О-груп варіюються від O1 до O181, за винятком деяких груп, які були історично вилучені, а саме O31, O47, O67, O72, O93 (тепер це K84), O94 та O122; групи від 174 до 181 є тимчасовими (O174=OX3 та O175=OX7) або знаходяться на стадії дослідження (від 176 до 181 — кишкові палички, що виробляють токсин Шига або веротоксин). Крім того, для багатьох O-груп є підтипи (наприклад, O128ab і O128ac). Антитіла до кількох О-антигенів перехресно реагують з іншими О-антигенами і частково з К-антигенами не тільки кишкової палички, але й інших видів Escherichia та ентеробактерій.
О-антиген кодується кластером генів rfb. Ген rol (cld) кодує регулятор довжини О-ланцюга ліпополісахаридів.
К-антиген З цього кислотного капсульного полісахариду утворена капсула — товстий, схожий на слиз, шар полісахариду, який оточує деякі патогенні штами кишкової палички.
Є дві окремі групи K-антигенів, які називають групою I та групою II (в той час, як невелика проміжна підгрупа (K3, K10 та K54/K96) була класифікована як група III). К-антигени першої групи (I) складаються з великих капсульних полісахаридів розміром десь у 100 кДа (кілодальтон), тоді як К-антигени другої групи (II), пов'язані з захворюваннями позакишкової локалізації, мають розмір менш як 50 кДа.
К-антигени I групи зустрічаються лише з певними О-антигенами (групи O8, O9, O20 і O101), і вони поділяються далі на підгрупи за ознакою відсутності аміноцукрів (підгрупа IA, антигени, подібні за структурою до О-антигенів клебсієли) або наявності аміноцукрів (підгрупа IB). Деякі K-антигени I групи прикріплені до ліпідного A-ядра ліпополісахариду (KLPS), подібно до O-антигенів (і оскільки вони структурно тотожні O-антигенам, у деяких випадках вони вважаються K-антигенами лише тоді, коли вони експресуються (синтезуються) одночасно з іншим справжнім O-антигеном).
K-антигени II групи дуже схожі на антигени грам-позитивних бактерій і бувають дуже різними за складом, та поділяються далі відповідно до їх кислотних компонентів; як правило, 20–50 % ланцюгів кислотних капсульних полісахаридів пов'язані з фосфоліпідами.
Загалом визначено 60 різних K-антигенів: K1, K2a/ac, K3, K4, K5, K6, K7 (=K56), K8, K9 (=O104), K10, K11, K12 (K82), K13(=K20 і =K23), K14, K15, K16, K18a, K18ab (=K22), K19, K24, K26, K27, K28, K29, K30, K31, K34, K37, K39, K40, K41, K42, K43, K44, K45, K46, K47, K49 (O46), K50, K51, K52, K53, K54 (=K96), K55, K74, K84, K85ab/ac (=O141), K87 (=O32), K92, K93, K95, K97, K98, K100, K101, K102, K103, KX104, KX105 та KX106.
H-антиген H-антиген є основним складником джгутиків, які допомагають кишковим паличкам пересуватися. Зазвичай він кодується геном fliC.
Визначено 53 H-антигени, пронумеровані від H1 до H56 (H13 і H22 були антигенами не кишкової палички, а Citrobacter freundii, а H50 виявився таким же, як і H10).
Роль у виникненні захворювань У людей і домашніх тварин вірулентні штами кишкової палички можуть викликати різноманітні захворювання.
У людей : гастроентерит, інфекції сечовивідних шляхів та менінгіт новонароджених. У рідкісних випадках вірулентні штами також викликають гемолітико-уремічний синдром, перитоніт, мастит, сепсис та грамнегативну пневмонію.
Шлунково-кишкова інфекція
Деякі серотипи кишкової палички, такі як O157:H7, O104:H4, O121, O26, O103, O111, O145 та O104:H21, виробляють потенційно смертельні токсини. Харчове отруєння, спричинене кишковою паличкою, може бути наслідком вживання немитих овочів або погано обробленого чи недовареного м'яса.
O157:H7 також сумно відомий тим, що викликає серйозні та навіть небезпечні для життя ускладнення, такі як гемолітико-уремічний синдром. Саме цей серотип пов'язаний зі спалахом інфекції кишкової палички в США у 2006 році, спричиненим вживанням свіжого шпинату.
Серотип O104:H4 настільки ж вірулентний. Протоколи антибіотикотерапії та підтримувальної терапії для нього не так добре розроблені, оскільки він може бути дуже ентерогеморагічним, подібно до O157:H7, спричиняючи геморагічний коліт та криваву діарею, а також є більш ентероагрегативним, тобто він міцно прикріплюється до слизової оболонки кишки та нашаровується на неї як біоплівка. Саме цей серотип спричинив смертельний спалах кишкової палички у червні 2011 року в Європі. Тяжкість хвороби буває дуже різною; вона може бути смертельною, особливо для маленьких дітей, людей похилого віку або з ослабленим імунітетом, але частіше протікає в легкій формі.
До того в 1996 році в Шотландії від отруєння кишковою паличкою в результаті недотримання правил гігієни при приготуванні м'яса загинуло семеро людей, а ще сотні людей були інфіковані.
Кишкова паличка може виробляти як термостабільні, так і термолабільні ентеротоксини. Термолабільні містять одну субодиницю А та п'ять субодиниць Б, об'єднаних в один складний токсин, і дуже схожі за структурою та функціями на холерні токсини. Субодиниця Б сприяє зчепленню та проникненню токсину в кишкові клітини хазяїна, тоді як субодиниця А розщеплюється і не дає клітинам поглинати воду, викликаючи діарею. Термолабільні ентеротоксини виробляються шляхом секреції 2-го типу.
Якщо бактерії кишкової палички виходять за межі кишкового тракту через перфорацію (наприклад, через виразку, розрив апендикса або внаслідок хірургічної помилки) і потрапляють у черевну порожнину, вони зазвичай викликають перитоніт, який може бути смертельним без негайного лікування. На щастя, кишкова паличка надзвичайно чутлива до таких антибіотиків, як стрептоміцин або гентаміцин. Однак нещодавні дослідження показали, що лікування ентеропатогенної кишкової палички антибіотиками може значно підвищити ймовірність розвитку гемолітико-уремічного синдрому.
Кишкова паличка, притаманна слизовій оболонці кишки, спостерігається в підвищеній кількості при запальних захворюваннях кишки, хворобі Крона та виразковому коліті. Інвазивні штами кишкової палички наявні у великій кількості в запаленій тканині, а кількість бактерій у запалених областях корелює зі ступенем тяжкості запалення кишки.
Шлунково-кишкові інфекції можуть змусити організм виробляти Т-клітини пам'яті, які атакують кишкові мікроби, що знаходяться в кишковому тракті. Харчове отруєння може викликати імунну відповідь на бактерії кишкової мікробіоти. Деякі дослідники припускають, що це може призвести до запальних захворювань кишки.
Вірулентні властивості Кишкову паличку, притаманну кишці, класифікують на основі серологічних характеристик та вірулентних властивостей. Нижче наведено основні патотипи кишкової палички, які спричиняють діарею. НазваХазяїТип діареїОписЕнтеротоксигенна кишкова паличка(що виробляє токсини в кишці)збудник діареї (без підвищення температури) у людей, свиней, овець, кіз, великої рогатої худоби, собак і конейВодянистаЦей патотип використовує різноманітні чинники колонізації для зв'язування клітин ентероцитів в тонкій кишці. Може виробляти два білкові ентеротоксини:
Більший з цих двох білків, термолабільний ентеротоксин (LT), подібний за структурою і функціями до холерного токсину. Менший за розміром білок, термостабільний ентеротоксин (ST), викликає накопичення циклічного гуанозинмонофосфату у клітинах-мішенях і подальшу секрецію рідини і електролітів в просвіт кишки.