Характеристика семейства Enterobacteriaceae Эшерихиозы План лекции 1

Характеристика семейства Enterobacteriaceae. Эшерихиозы

План лекции 1) История открытия и таксономическое положение энтеробактерий 2) Характеристика морфологических, культуральных, биохимических и антигеннных свойств семейства Enterobacteriaceae 3) Факторы патогенности энтеробактерий 4) Особенности биологических свойств возбудителей эшерихиозов 5) Принципы микробиологической диагностики эшерихиозов

История открытия представителей семейства • 1823 г. – Б. Бизио открыл Serracia marcescens • 1885 г. – Т. Эшерихом открыт типовой вид Escherichia coli • 1893 г. – Т. Смит разделил кишечные бактерии на Lac+ и Lac • 1937 г. – О. Ран выделил род Еnterobacter (16 видов и 79 серовариантов)

История открытия представителей семейства • 1958 г. – утверждено название семейства – Enterobacteriaceae, а типовым родом признан род Escherichia • В 90 -х годах ХХ века в составе семейства насчитывают более 30 родов и более 100 видов

Таксономическое положение • • Домен: Тип: Класс: Семейство: Bacteria Proteobacteria Gammaproteobacteria Enterobacteriaceae

Роды, входящие в состав семейства Enterobacteriaceae • Budvicia, Buttiauxella, Citrobacter, Edwardsiella, Enterobacter, Erwinia, Escherichia, Ewingella, Hafnia, Klebsiella, Kluyvera, Leclecia, Leminorella, Morganella, Proteus, Pantoea, Providencia, Photorhabdus, Rahnella, Salmonella, Serratia, Shigella, Tatumella, Trabulsiella, Xenorhabdus, Yersinia, Yokenella

Характеристика семейства Морфологические свойства: грамотрицательные полиморфные, мелкие или средние палочки преимущественно подвижные (перитрихи) беспорядочное расположение макрокапсул и спор не образуют. Клебсиеллы – диплобактерии. Клебсиеллы и шигеллы – атрихи. Иерсинии подвижны при комнатной температуре, 0

Морфологические и тинкториальные свойства энтеробактерий

Жгутики энтеробактерий

Капсула у клебсиелл (окр. по Граму)

Характеристика энтеробактерий Антигены О-антиген – все виды Н-антиген – большинство видов К-антиген – некоторые виды Vi-антиген – Salmonella typhi _____________ по О-, Н- и К-антигенам – у каждого вида различают десятки и даже сотни серовариантов

Характеристика энтеробактерий Культуральные свойства Растут на простых питательных средах при 370 С, образуя через сутки S-формы колоний Факультативные анаэробы; Метаболизм дыхательный и бродильный. ___________ • Иерсинии и татумеллы растут даже при 40 С (психрофилы).

Рост энтеробактерий на среде Эндо

Характеристика энтеробактерий Биохимические свойства • глюкоза + • каталаза + • оксидаза – __________ • остальные биохимические признаки родо-, видо- и вариантоспецифичны.

Дифференциально- диагностические тесты энтеробактерий • Определение продуктов ферментации глюкозы (реакция Фогеса-Проскауэра) • Способность продуцировать индол и сероводород • Способность утилизировать цитрат на агаре Симмонса • Уреазная активность • Способность утилизировать лизин и орнитин

Питательные среды для энтеробактерий

Питательные среды для первичных посевов Дифференциальнодиагностические Селективные Среды накопления Эндо Плоскирева (шигеллы, сальмонеллы) Селенитовый бульон (сальмонеллы) Левина Висмут-сульфит агар (сальмонеллы) Магниевая среда (сальмонеллы) SS –agar (salmonellashigella) К-1 (клебсиеллы) П-1 (протеи)

Дифференцирующие вещества в питательных средах Лактоза — среды Эндо, Левина, Плоскирева Позволяют разделить бактерии по способности разлагать лактозу на • лактозоположительные (колонии окрашенные) • лактозоотрицательные (бесцветные).

Рост энтеробактерий на ДДС

Дифференцирующие вещества в питательных средах Лактоза, сахароза, салицин, тиосульфат

Дифференцирующие вещества в питательных средах Лактоза, тиосульфат натрия- агар SS (Salmonella-shigella) для изучения сахаролитических и протеолитических свойств • Бактерии, ферментирующие лактозу, образуют колонии красного цвета • Бактерии, образующие сероводород образуют красные колонии с черным центром

Питательные среды для выделения чистой культуры и изучения ферментативных свойств • Агар Клиглера – предназначен для дифференцирования бактерий по способности ферментировать глюкозу, лактозу и образовывать сероводород Среда Олькеницкого - включает лактозу, сахарозу, глюкозу, натрия тиосульфат и мочевину

Биохимическая активность энтеробактерий на агаре Клиглера

Биохимические тест-системы

Факторы патогенности энтеробактерий

Система адгезинов Фимбриальные (15 типов)локализованы на конце белковых филаментов: • 1. Адгезины для эпителия тонкого кишечника • 2. Адгезины для эпителия мочевыводящих путей Афимбриальные адгезины – синтезируются в окружающую среду только после первичного прикрепления

Типы адгезинов для тонкого кишечника • Пили, образующие пучки – BFP (bundle-forming pilus). Обнаружены у патогенных эшерихий, кодируются плазмидными генами. Связываются с энтероцитами. • LP-фимбрии (longus pilus). Обнаружены у сальмонелл и токсигенных кишечных палочек. Связываются с клетками пейеровых бляшек. • Агрегативные фимбрии. Позволяют прикрепляться к фибронектину и обусловливают аутоагрегацию, что способствует выживанию бактерий в желудке. • CFA (colonization factor antigen) - это манноза-резистентные адгезины. Кодируются плазмидными генами.

Типы адгезинов для эпителия мочевыводящих путей Манноза-чувствительные гемагглютинины (MS-mannosesensitive). Связываются с маннозосодержащими гликопротеиновыми рецепторами эпителия МВП. Адгезия носит обратимый характер (клебсиеллы и уропатогенные кишечные палочки). • Манноза-резистентные геммаглютинины (MR-mannoseresistance). Обеспечивают длительную фиксацию за счет специфического связывания с рецепторами эпителиоцитов.

Манноза-резистентные геммаглютинины P-фимбрии– способствуют прикреплению к эпителию почечных канальцев, активизируют синтез IL-6. S-фимбрии- взаимодействуют с сиаловыми кислотами верхних мочевыводящих путей.

Типы афимбриальных адгезинов • Инвазин -синтезируются при 25 -30 С, расположен в наружной мембране. Кодируются хромосомными генами. Взаимодействуют с рецепторами эпителия. • Белок адгезии-инвазии– синтезируется в организме хозяина. Адгезин «второй волны» . Кодируется хромосомными генами. • Белок адгезии– представляет комплекс мономеров на поверхности бактерии, связывает коллаген, фибронектин, ламинин. Кодируется плазмидными генами.

Секреторные системы энтеробактерий • Все секретируемые вещества бактерий должны проходить 3 барьера: • ЦПМ, • периплазматическое пространство, • Клеточную стенку. Выделяют 5 типов секреторных систем, 4 из них обладают энтеробактерии.

Транспортная система I типа • АТФ-синтетаза ЦПМ • Белок ЦПМ, формирующий канал через периплазму Белок-секретин, образующий канал в пептидогликане. Так секретируются гемолизины и колицины у протеев, кишечных палочек.

Транспортная система II типа • Sec-системы – 10 белков, которые направляют предшественников секреторных продуктов в периплазматическую щель для конформации. • белков-секретины, образующие поры в клеточной стенке Секреция осуществляется в 2 стадии.

Транспортная система III типа • Представлена 20 белками ЦПМ, которые формируют структуру по типу «инъекционного шприца» . • Молекулы транспортируемого вещества активируются после попадания в цитоплазму клеткимишени • одноэтапный транспорт продуктов энтеробактерий в эукариотические клетоки

Транспортная система V типа • Это белкиаутотранспортеры. • Имеют 2 участка: • N-терминальная последовательность, обеспечивает транспорт через ЦПМ, • С-участок, формирует пору в клеточной стенке.

Факторы инвазии Инвазия может быть: 1. пассивной 2. активной- за счет афимбриальных адгезинов. • Белки адгезии способствуют реорганизации цитоскелета • образуются псевдоподии «обволакивающие бактерию» • выросты замыкаются, формируется вакуоль.

Факторы агрессии • Маскировка своей поверхности за счет присоединения коллагена, фибронектина и ламинина, что нарушает распознавание иммунокомпетентными клетками. • Ig A –протеазы разрушают секреторный иммуноглобулин А • Белки, препятствующие образованию фаголизосомы • Продукты, вызывающие апоптоз фагоцитов

Токсины энтеробактерий эндотоксин Действие малоспецифично Биологические эффекты эндотоксина: • лихорадка из-за высвобождения из гранулоцитов и моноцитов эндогенных пирогенов • гипотония из-за поступления кининов и серотонина • Усиливает гликолиз, возникает гипогликемия • Способствует выделению провоспалительных цитокинов (IL-1, 6, ФНО)

Токсины энтеробактерий экзотоксин Цитотонины – стимулируют гиперсекрецию энтероцитов, что ведет к нарушению водно-солевого обмена. • LT (labile toxin)- активизирует аденилатциклазу и гидролизует АТФ, что ведет к накоплению ц. АМФ и выходу из клеток воды, ионов хлора и натрия • ST (stable toxin) – стимулирует накопление ц. ГМФ Цитотоксины – • Шига-токсин (S. dysenteriae)нарушает элонгацию полипептидов в клетке, что вызывает ее гибель • Шигаподобный токсин (S. flexneri, ЭГКП) – механизм аналогичен, но менее вирулентен Шигатоксина • Энтерогемолизины

Медицинское значение энтеробактерий

Группы энтеробактерий по критерию болезнетворности • Облигатные патогены – всегда при попадании в организм вызывают болезнь (Salmonella, Shigella, Yersinia) • Условно-патогенные – вызывают заболевания при снижении иммунологической реактивности (большинство родов) • Не способные вызывать заболевания (сапрофиты)

Медицинское значение Группа облигатных патогенов • Вызывает до 60% ОКИ установленной этиологии : шигеллы – бактериальную дизентерию; сальмонеллы - брюшной тиф, паратифы, гастроэнтериты; иерсинии – псевдотуберкулез, иерсиниоз и др.

Медицинское значение Группа условно-патогенных • 50% случаев всех бактериемий • 70% -инфекции мочевыводящих путей • Внутрибольничные инфекции (Escherichia coli, Serracia marcescens, Proteus spp, Citrobacter spp) • 2 -4% -бактериальные менингиты (летальность 87%).

Эшерихиозы

Род Escherichia: виды • • • E. coli E. blattae E. fergusonii E. hermannii E. vulneris

Биохимические свойства • Ферментируют глюкозу с образованием кислоты и газа • Реакция Фогеса-Проскауэра – отрицательная • Ферментируют лактозу, сахарозу, маннит • Образуют индол (сероводород не образуют) • Не утилизируют цитрат Симмонса • Не обладают уреазной активностью • Декарбоксилируют лизин • Восстанавливают нитраты

Антигенная структура эшерихий О-антиген: • ЛПС клеточной стенки • Термостабильный • По специфичности олигосахаров ЛПС различают 173 серогруппы О-антигена К-антиген: • поверхностный микрокапсулярный • препятствует проявлению агглютинации культуры в соответствующей О-сывороткой • представлен кислыми полисахаридами и реже протеинами • может служить рецептором для бактериофагов, • подразделяется на три группы (L, В и А) • по специфичности различают 80 вариантов К-антигена

По наличию О и К антигенов у эшерихий выделяют серогруппы. Обозначение серогруппы E. coli O 55: K 5 Н-антиген: • Жгутиковый • Термолабильный • различают 56 вариантов Н-антигена По наличию О, К, Н антигенов выделяют сероварианты! Обозначение сероварианта E. coli O 55: K 5: H 21

Какие заболевания вызвают эшерихии? Облигатные патогены- диареегенные эшерихии вызывают острые кишечные инфекции (ОКИ) Условно-патогенные – эндогенные гнойновоспалительные процессы: • • • Инфекции мочевыводящих путей, Нагноения послеоперационных ран Вторичные пневмонии Менингиты Сепсис

Классификация диареегенных эшерихий Энтеротоксигенные кишечные палочки (ЭТКП) – вызывают холероподобные заболевания у детей (О 1, О 15, О 148). Факторы патогенности: • Факторы адгезии-CS (coli surface antigen), LP –пили. • Экзотоксины-LT (labile toxin), ST (stable toxin)

Энтеропатогенные кишечные палочки (ЭПКП)- возбудители диареи у детей 1 года жизни (026, 055, 0111). Факторы патогенности: • Адгезия - BFP (bundle-forming pilus) • Шигаподобные токсины Вызывают разрушение ворсинок и повреждение апикальной части энтероцитов сглаживание слизистой возможны эрозии.

Энтероинвазивные кишечные палочки (ЭИКП). Вызывают дизентериеподобные заболевания (0124, 0144). Факторы патогенности: • Адгезия – белок-инвазин • III тип секреции токсинов-инвазинов • Термолабильные энтеротоксины Внедряются и размножаются в клетках слизистой толстого кишечника, вызывая их деструкцию

Энтерогеморрагические кишечные палочки (ЭГКП О 157). Вызывают геморрагический колит и гемолитико-уремический синдром (гемолитическая анемия, почечная недостаточность, тромбоцитопения, поражение ЦНС). Факторы патогенности: • Интимин-зависимая адгезия. • Шигаподобные токсины и энтерогемолизины.

Принципы лабораторной диагностики кишечных инфекций

Схема бактериологического метода исследования • Испражнения • Посев на среду Эндо, Левина, Плоскирева • Изучение культуральных свойств • Пересев типичных колоний и выделение чистой культуры на Клиглера (Олькеницкого) • Изучение б/х свойств, посев на среды Гисса • Биохимическая идентификация и серотипирование в реакции агглютинации на стекле

Благодарю за внимание !