Кишечная палочка: биология и патогенность¶

Кишечная палочка (Escherichia coli) — грамотрицательная факультативно-анаэробная палочковидная бактерия семейства Enterobacteriaceae, обитающая преимущественно в нижних отделах кишечника теплокровных животных и человека. Описана в 1885 году немецким педиатром и бактериологом Теодором Эшерихом, в честь которого получила родовое название. Является одним из наиболее изученных микроорганизмов: служит модельным объектом молекулярной биологии и генетики, а также широко применяется в биотехнологии.

¶Биология

Клетки E. coli — прямые палочки размером 1–3 мкм в длину и 0,4–0,7 мкм в ширину, подвижные благодаря перитрихиально расположенным жгутикам. Бактерия растёт как на плотных, так и на жидких питательных средах, образуя на агаре круглые выпуклые колонии. Оптимальная температура — 37 °C, что соответствует температуре тела хозяина.

Метаболизм факультативно-анаэробный: в присутствии кислорода бактерия дышит, в его отсутствие переходит на брожение с образованием органических кислот. Геном представлен одной кольцевой хромосомой (около 4,6 млн пар оснований) и, как правило, дополнительными плазмидами, несущими гены устойчивости к антибиотикам и факторы вирулентности.

Размножение — бинарное деление; в благоприятных условиях генерация занимает около 20 минут. Часть штаммов способна к конъюгации, трансформации и трансдукции, что обеспечивает активный горизонтальный перенос генов.

¶Роль в норме

E. coli — постоянный представитель нормальной микробиоты толстой кишки. Она синтезирует витамины группы K и часть витаминов B, участвует в разложении непереваренных остатков пищи, конкурирует с патогенами за питательные субстраты и места адгезии, поддерживая колонизационную резистентность. Большинство штаммов безвредны или условно-патогенны.

¶Патогенность

Патогенные варианты объединяют в несколько групп по типу вызываемого заболевания и факторам вирулентности:

• Энтеротоксигенные (ETEC) — возбудители диареи путешественников; продуцируют термолабильный и термостабильный токсины.
• Энтероинвазивные (EIEC) — проникают в эпителиоциты толстой кишки, вызывая дизентериеподобный синдром.
• Энтеропатогенные (EPEC) — поражают тонкий кишечник, частая причина диареи у детей раннего возраста.
• Энтерогеморрагические (EHEC), прежде всего серотип O157:H7, — выделяют шигаподобные токсины, вызывают геморрагический колит и гемолитико-уремический синдром; основной резервуар — крупный рогатый скот, путь передачи — пищевой.
• Уропатогенные (UPEC) — наиболее частая причина внебольничных инфекций мочевыводящих путей.

Основные факторы вирулентности: адгезины (фимбрии, интимин), капсула, эндотоксин (липополисахарид), экзотоксины, системы секреции III типа, способность образовывать биоплёнки.

¶Диагностика и значение

Выявление проводят бактериологическим посевом с идентификацией серотипа, а также молекулярными методами (ПЦР). Терапия инфекций, вызванных E. coli, осложняется распространением антибиотикорезистентности, в том числе обусловленной плазмидами с генами бета-лактамаз расширенного спектра.

В биотехнологии ослабленные штаммы E. coli используют для наработки рекомбинантных белков, инсулина, гормона роста и вакцинных препаратов. Как санитарно-показательный микроорганизм бактерия служит индикатором фекального загрязнения воды и пищевых продуктов.