Кишечная палочка в истории

Кишечная палочка в истории thumbnail

Escherichia coli – кишечная палочка – в основном безвредная бактерия, являющаяся частью физиологической кишечной флоры людей и животных. К сожалению, некоторые виды бактерий способны вызывать заболевания. 

Обычно это желудочно-кишечные инфекции, проявляющиеся как диарея, инфекции мочевыводящих путей или менингит. При благоприятных условиях кишечная палочка может вызывать инфекцию других органов, в том числе желчных протоков или дыхательной системы. 

Это также наиболее распространенный этиологический фактор при внутрибольничных инфекциях. Escherichia coli часто поражает людей с тяжелыми сопутствующими заболеваниями, в том числе с сахарным диабетом, алкоголизмом, хронической обструктивной болезнью легких.

Кишечная палочка также является маркером загрязнения питьевой воды путем выявления так называемых титров Escherichia coli. Штаммы, вызывающие диарею, передаются через загрязненную воду, пищу или через прямой контакт с инфицированными людьми или животными. Escherichia coli также является наиболее распространенным этиологическим фактором диареи путешественников. 

Escherichia coliEscherichia coli

Патогенные кишечные палочки

Среди штаммов Escherichia coli были выделены следующие: патогенные кишечные палочки, которые могут вызывать тяжелые инфекции:

  • Entero Escherichia coli (Enterohemorrhagic E. coli – EHEC). Иначе: Escherichia coli, продуцирующая токсин Shiga (анг. Shiga toxin, STEC ) или Escherichia coli, продуцирующая werocytotoksynę (анг. Verocytotoxin, VTEC ). Наиболее известная и самая распространенная бактерия в этой группе – Escherichia coli O157: H7. Энтерогеморрагические штаммы кишечной палочки встречаются в пищеварительном тракте жвачных животных (КРС, козы, овцы, олени, лоси), свиней и птиц. Все они  могут распространять бактерии. Наиболее распространенные источники заражения людей – крупный рогатый скот, употребление загрязненной воды, сырое или недоваренное мясо, непастеризованное молоко или молочные продукты, прямой контакт с животными или фекалиями больных людей, например, при смене подгузников.
  • Энтеротоксигенная кишечная палочка (Enterotoxigenic Escherichia coli – ETEC). Является основной причиной «диареи путешественников». Вырабатывает энтеротоксин, поражающий клетки слизистой оболочки тонкого кишечника, вызывая выделение большого количества воды в просвет кишечника.
  • Энтеропатогенная кишечная палочка (Enteropathogenic Escherichia coli – EPEC) Распространенный этиологический агент диареи у детей.
  • Enteroagregacyjna Escherichia coli (Enteroaggregative Escherichia coli – EAggEC). Вызывает хроническую диарею у детей в развивающихся странах. Это также этиологический фактор в 30% случаев «диареи путешественников». В 2011 году мутант этого штамма, способный продуцировать токсин шига – O104: H4, вызвал эпидемию в Германии. У 22% из зараженных развился гемолитический уремический синдром. Источником бактерий оказались семена пажитника, импортированные из Египта.
  • Enteroinwazyjna Escherichia coli (Enteroinvasive Escherichia coli – EIEC). Вызывает бактериальную дизентерию.
  • Adherencyjna Escherichia coli (Диффузно адгезивная Escherichia coli – DAEC). Вызывает хроническую диарею у детей.
  • Штаммы Escherichia coli, содержащие антиген K1. Вызывают менингит у новорожденных. Инфекция у взрослых обычно является осложнением нейрохирургических операций или повреждений центральной нервной системы.
  • Уропатогенная кишечная палочка. Этиологический фактор инфекции мочевыводящих путей, пиелонефрита, острого простатита, а также инфекции крови в виде уросепсиса. Бактерии, принадлежащие к этому штамму, имеют особенность, позволяяющую им соединяться с клетками, выстилающими мочевыводящие пути. Инфекция мочевого пузыря особенно распространена у взрослых женщин. Также увеличивает риск инфекции наличие гипертрофии простаты или катетера мочевого пузыря.

Как часто возникают инфекции толстой кишки

Данные по странам различаются, но тенденция к увеличению таких инфекций сохраняется.

Например, по данным Национального института гигиены, в Польше ежегодно насчитывается около 400-500 диарей-формирующих инфекций Escherichia coli, несколько случаев энтерогоррагических инфекций Escherichia coli и несколько случаев гемолитического уремического синдрома А в Соединенных Штатах ежегодно диагностируется более 260000 случаев энтерогеморрагической инфекции кишечной палочки, включая 36% штамма O157: H7, который вызывает серьезные осложнения. 

В каждой европейской стране ежегодно обнаруживается несколько десятков случаев менингита и  сепсиса, вызванных штаммом K1 Escherichia coli. По оценкам специалистов, около 50% женщин испытывают по крайней мере один эпизод инфекции мочевыводящих путей, вызванной уропатогенной кишечной палочкой. Это также ведущий этиологический фактор при внутрибольничных инфекциях. 

Частота возникновения других инфекций, вызванных кишечной палочкой, неизвестна, поскольку отдельная статистика по ним практически не ведется.

Как проявляются инфекции, связанные с кишечной палочкой

Симптомы заражения энтерогеморрагической кишечной палочкой:

  • Инкубационный период заболевания составляет от 1 до 10 дней, обычно 3-4 дня. Первым симптомом является диарея, часто с примесью свежей крови, спазмы в животе, рвота, умеренная температура. Симптомы длятся в среднем 5-7 дней.
  • У 5-10% пациентов, обычно через 7 дней, когда проходит диарея, развивается опасное для жизни осложнение, т.е. гемолитический уремический синдром, включающий повреждение почек, проявляющийся как уменьшение или прекращение мочеиспускания и разрушение эритроцитов, приводящее к анемии, проявляющаяся бледной кожей и общей слабостью.

ДиареяДиарея

Симптомы заражения Escherichia coli, продуцирующей токсин шига – штамм, выделенный во время эпидемии в Германии в 2011 году, сходные с симптомами, связанными с энтерогеморрагической инфекцией. Однако чаще наблюдается развитие гемолитического уремического синдрома, который дополнительно сопровождается неврологическими симптомами, которые не обнаруживаются при энтерогеморрагической инфекции.

Симптомы кишечной coli- индуцированной дизентерии, вызванной энтеро-инвазивной кишечной палочкой:

  • кровавый понос;
  • лихорадка;
  • спазмы в животе;
  • боль и давление на кишечник при дефекации.

Симптомы диареи путешественников, обычно вызываемой энтеротоксиногенной или энтероагрегационной кишечной палочкой:

  • инкубационный период составляет 1-2 дня; 
  • стул водянистый, обычно не содержит патологических примесей, таких как кровь или слизь;
  • сопровождается спастическими болями в животе;
  • признаки обезвоживания: сухость слизистых оболочек, общая слабость, усиление жажды.
Читайте также:  Кишечная палочка живой объект

Усиление жаждыУсиление жажды

Симптомы обычно длятся 3-4 дня и проходят самостоятельно.

Симптомы детской диареи, вызванной EAggEC, EAEC, EPEC:

  • стул водянистый, без патологических примесей, таких как кровь или слизь;
  • диарея длится до 2 недель и более;
  • иногда лихорадка.

Инфекция мочевых путей уропатогенными штаммами кишечной палочки вызывает так называемые дизурические симптомы: 

  • учащенное мочеиспускание;
  • срочность мочеиспускания;
  • уретральное жжение. 

В запущенных случаях нелеченных инфекций может развиться пиелонефрит, что проявляется, среди прочего, высокой температурой, ознобом, болью в пояснице, тошнотой или рвотой. 

Острый простатит также возникает с высокой температурой, ознобом, болью в нижней части живота, а также с болезненностью, отеком и повышением температуры в области простаты.

Симптомы физиологической инфекции Escherichia coli: 

  • Пневмония. Обычно поражает нижние доли и может быть осложнена эмпиемой. Симптомы пневмонии: повышение температуры, одышка, учащенное дыхание. При физикальном обследовании выявляются аускультация и приглушенный звук во время постукивания во время аускультации легких.
  • Перитонит. Типичное осложнение, которое возникает после разрыва или дивертикула придатка – перитонит. Основные симптомы: лихорадка, сильные боли в животе, а также остановка газов и стула. Физикальное обследование показывает перитонеальные симптомы, в том числе симптом Блюмберга, больной лежит характерным образом – с согнутыми ногами, мышцы живота очень напряжены.
  • Заболевания желчного пузыря. Симптомы острого холангита и холецистита: лихорадка с ознобом, боль в животе в правом подреберье и желтуха – симптомы, которые образуют так называемые Триаду Шарко.

Штаммы Escherichia coli, содержащие антиген K1, могут проявляться менингитом у новорожденных, в том числе лихорадкой, желтухой, снижением аппетита, апноэ, рвотой, сонливостью, судорогами. У детей старше 4 месяцев также может возникнуть ригидность затылочных мышц, то есть невозможность пассивного изгиба головы к груди.

Если вы заметили симптомы, описанные выше, обратитесь к врачу.

Как врач определяет диагноз?

Диагностика инфекции Escherichia coli возможна с помощью посева микробиологической культуры или прямого исследования биологического материала, например, фекалий, мочи, крови, мокроты, спинномозговой жидкости, аспирата. Можно идентифицировать штамм, который вызывает инфекцию, а также обнаружить токсины шига. 

В зависимости от штамма и места заражения дополнительные анализы показывают наличие лейкоцитов в кале, моче, спинномозговой жидкости, высокие значения воспалительных параметров: С-реактивный белок, прокальцитонин, фибриноген. Для диагностики пневмонии назначается рентген легких, а компьютерная томография для внутрибрюшных инфекций.

Рентген легкихРентген легких

Методы лечения инфекционных заболеваний, связанных с кишечной палочкой

Основой для лечения диареи, вызванной инфекцией кишечной палочки – гидратация организма.

Применение антибиотиков, как правило, не является необходимым. Более того, антибиотики противопоказаны при лечении штаммов, продуцирующих токсины шига, в связи с повышенным риском развития гемолитического уремического синдрома. Также увеличивают этот риск противодиарейные препараты, блокирующие перистальтику кишечника, такие как лоперамид.

Инфекции, вызванные другими штаммами кишечной палочки, требуют антибиотикотерапии. Иногда необходимо хирургическое лечение, дренирование абсцесса или искусственная вентиляция легких с помощью респиратора.

Искусственная вентиляция легких с помощью респиратораИскусственная вентиляция легких с помощью респиратора

Можно ли полностью вылечить инфекции, вызванные кишечной палочкой?

Прогноз полного выздоровления зависит от вовлеченных органов, серьезности инфекции и времени, когда было начато лечение. 

В некоторых случаях кишечная палочка выделяется из фекалий здоровых людей даже через несколько недель после исчезновения симптомов. У детей период носительства обычно длится дольше, чем у взрослых. 

Гемолитический уремический синдром, осложняющий инфицирование штаммами, продуцирующими токсин шига, связан со смертностью в 2-3% случаев, в то время как неонатальная септицемия, вызванная штаммом Escherichia coli K1, связана с 8%-ным риском смерти.

Что делать после прекращения лечения кишечной палочки?

Пациентам с менингитом может потребоваться реабилитация и последующее наблюдение для выявления неврологических дефектов. Лечение после других инфекций рассматривается индивидуально.

Что делать, чтобы избежать инфекций кишечной палочки?

Чтобы избежать энтерогеморрагической инфекции кишечной палочки, тщательно мойте руки после посещения туалета, смены подгузников, перед приготовлением пищи, после контакта с животными. 

  • Готовьте мясо таким образом, чтобы оно было полностью проварено;
  • Избегайте сырого непастеризованного молока и молочных продуктов;
  • Также не употребляйте непастеризованные соки;
  • Избегайте глотания воды при плавании в озерах, прудах, бассейнах.

Рекомендации по профилактике «диареи путешественников» включают:

  • Соблюдение гигиены, в том числе частое мытье рук с мылом или использование спиртовых средств, особенно перед едой;
  • Питье только бутилированной, кипяченой или химически очищенной воды, без использования водопроводной воды и льда, приготовленного из воды неизвестного происхождения;
  • Использование бутилированной, кипяченой или химически очищенной воды для мытья посуды, полоскания рта, мытья фруктов и овощей, приготовления еды и кубиков льда;
  • Употребление продуктов в фирменной упаковке или свежеприготовленных в горячем виде.
  • Не есть сырое мясо и морепродукты, а также неочищенные фрукты и овощи.

Источник

Кишечная палочка в истории

Открытие CRISPR, как и все гениальное в науке, было сделано почти случайно. В 1987 году японские ученые из Университета Осаки секвенировали ген iap кишечной палочки, изучили его белковые продукты и, поскольку ResearchGate тогда еще не было, честно написали в разделе «Обсуждения» следующее: коллеги, на 3′-конце нашего гена — какие-то странные повторяющиеся последовательности по 29 нуклеотидов, между ними — не повторяющиеся, по 32, глубокий биологический смысл от нас пока ускользает.

Читайте также:  Почему бывает кишечная палочка

Спустя несколько лет испанец Франсиско Мохика из Университета Аликанте, секвенируя для докторской геном архей-галофилов, обратил внимание, что и у них в ДНК есть множество коротких повторяющихся последовательностей, которые перемежаются неповторяющимися (правда, эти последовательности отличались от тех, что японцы нашли у эшерихий) и предположил, что они каким-то образом регулируют экспрессию генов.

В лихие девяностые, с развитием технологий секвенирования, ученые по всему миру начали играть с геномами и — сюрприз! — прокариоты, от гемофильной палочки до чумной, раз за разом выдавали в геноме одну и ту же структуру: короткие палиндромные повторы, перемежающиеся вставками (спейсерами), которые каждая научная группа называла как душе угодно: кто — SRSRs (short regularly spaced repeats), кто — SPIDRs (spacers interspersed direct repeats), а кто-то даже LCTRs (large cluster of tandem repeats). Наконец, мировое научное сообщество сошлось на CRISPR.

Группа голландских ученых, к 2002 году насеквенировав массу геномов прокариот, обратила внимание, что к CRISPR всегда прилегает однотипная группа генов. Глубокий биологический смысл опять ускользал, поэтому гены окрестили просто: Cas — CRISPR-associated.

База данных с последовательностями ДНК расширялась. В 2005 году все тот же Франсиско Мохика обнаружил совпадение одного из спейсеров кишечной палочки и фрагмента ДНК бактериофага P1, и практически одновременно две группы французских ученых обнаружили совпадение фрагментов ДНК других фагов и спейсеров чумной палочки и нескольких стрептококковых штаммов. Родилась гипотеза: система CRISPR-cas связана с приобретенным иммунитетом прокариот. Проверить ее было нетрудно: культуры микроорганизмов заражали фагами, а затем искали в геноме новые спейсеры. Гипотеза подтвердилась. Началась эра CRISPR.

Далее события развивались стремительно: пять лет прошли под лозунгом «хотим делать так же in vitro, а потом на эукариотах in vivo». Итак, к 2010 году были обнаружены особым образом процессируемая CRISPR-РНК (crРНК) и молекула-активатор tracrРНК, обеспечивающая этот процессинг, а также открыта функция белков Cas — нуклеаз, разрезающих мишень, которая связалась с направляющим комплексом crРНК и tracrРНК). Этот мини-набор юного генного инженера (crРНК–tracrРНК–Cas9) позволил группе литовских ученых в 2011 году перенести CRISPR-систему из стрептококка в кишечную палочку. Вскоре система была упрощена соединением crРНК и tracrРНК в одну молекулу, названную sgРНК, а уже к 2013 группой Чжана Фэна была опубликована одна из наиболее цитируемых статей, посвященных CRISPR, описывающая редактирование генома эукариот: эксперименты проводились на клетках нейробластомы мыши и клеточной линии эмбриональных почек человека.

Вам тоже уже не терпится начать лечить пациентов? Вперед!

CRISPR может сослужить неплохую службу в терапии ex vivo — на клетках крови. Например, если отключить в гемопоэтических стволовых клетках больных бета-талассемией или серповидноклеточной анемией ген BCL111A, а затем вернуть их в кровоток, то мы тем самым настроим дифференцирующиеся из них эритроциты на синтез фетального вместо дефектного «взрослого» гемоглобина. Фетальный гемоглобин менее стабилен, чем гемоглобин А, но все же выполняет свою функцию куда лучше мутантного белка, а состояние пациентов значительно улучшается, что демонстрируют клинические исследования, запущенные в последние несколько лет в Европе и США.

Кроме того, в настоящее время при помощи технологии CRISPR совершенствуется CAR-T терапия — метод лечения онкозаболеваний аутологичными Т-клетками с химерными антигенными рецепторами: нокаутируя определенные гены в Т-лимфоцитах, можно добиться их большей устойчивости и избирательности.

А если мы хотим лечить непременно in vivo? Что же, у одного из лучших друзей биологов и их самой элегантной модели, червячка C. elegans, в организме около 1000 клеток. А у человека — триллионы. Редактировать и редактировать. А если вы сейчас подумали про эмбрионы, то забудьте: эмбрион вам информированного согласия на исследования не подпишет. Ведь никто и не обещал, что будет легко.

Но не расстраивайтесь, еще не все потеряно. На взрослых животных моделях за последние несколько лет все же удалось сделать немало: повысить экспрессию дистрофина у мышей, свиней и собак с миодистрофией Дюшенна, снизить уровень фенилаланина в крови у мышей с фенилкетонурией, замедлить на мышиных моделях развитие болезни Альцгеймера и бокового амиотрофического склероза. Да, мы не можем щелкнуть CRISPR-ножницами один раз на стадии зиготы, чтобы убрать смущающую нас мутацию во всех будущих клетках человеческого организма, поэтому при генной терапии in vivo на взрослом организме мы можем ожидать не полного излечения, но снижения прогрессирования заболеваний, смягчения симптомов, улучшения прогноза.

Весной 2020 года в США впервые начались клинические испытания CRISPR-терапии in vivo. Пациенту с амаврозом Лебера 10 типа была проведена внутриглазная инъекция препарата для редактирования точечной мутации в гене СЕР290, вызывающей нарушение функционирования палочек и колбочек. О результатах говорить пока рано, однако исследователи настроены весьма оптимистично. Пожелаем им успехов!

  1. Ishino, Y., Krupovic, M., & Forterre, P. (2018). History of CRISPR-Cas from Encounter with a Mysterious Repeated Sequence to Genome Editing Technology. Journal of bacteriology, 200(7), e00580-17. https://doi.org/10.1128/JB.005…
  2. Ishino, Y., Shinagawa, H., Makino, K., Amemura, M., & Nakata, A. (1987). Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product. Journal of bacteriology, 169(12), 5429–5433. https://doi.org/10.1128/jb.169…
  3. Mojica, F. J., Juez, G., & Rodríguez-Valera, F. (1993). Transcription at different salinities of Haloferax mediterranei sequences adjacent to partially modified PstI sites. Molecular microbiology, 9(3), 613–621. https://doi.org/10.1111/j.1365…
  4. Jansen, R., Embden, J. D., Gaastra, W., & Schouls, L. M. (2002). Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes. Molecular microbiology, 43(6), 1565–1575. https://doi.org/10.1046/j.1365…
  5. Mojica, F. J., Díez-Villaseñor, C., García-Martínez, J., & Soria, E. (2005). Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive from foreign genetic elements. Journal of molecular evolution, 60(2), 174–182. https://doi.org/10.1007/s00239…
  6. Pourcel, C., Salvignol, G., & Vergnaud, G. (2005). CRISPR elements in Yersinia pestis acquire new repeats by preferential uptake of bacteriophage DNA, and provide additional tools for evolutionary studies. Microbiology (Reading, England), 151(Pt 3), 653–663. https://doi.org/10.1099/mic.0….
  7. Bolotin, A., Quinquis, B., Sorokin, A., & Ehrlich, S. D. (2005). Clustered regularly interspaced short palindrome repeats (CRISPRs) have spacers of extrachromosomal origin. Microbiology (Reading, England), 151(Pt 8), 2551–2561. https://doi.org/10.1099/mic.0….
  8. Sapranauskas, R., Gasiunas, G., Fremaux, C., Barrangou, R., Horvath, P., & Siksnys, V. (2011). The Streptococcus thermophilus CRISPR/Cas system provides immunity in Escherichia coli. Nucleic acids research, 39(21), 9275–9282. https://doi.org/10.1093/nar/gk…
  9. Cong, L., Ran, F. A., Cox, D., Lin, S., Barretto, R., Habib, N., Hsu, P. D., Wu, X., Jiang, W., Marraffini, L. A., & Zhang, F. (2013). Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science (New York, N.Y.), 339(6121), 819–823. https://doi.org/10.1126/scienc…
  10. González-Romero, E., Martínez-Valiente, C., García-Ruiz, C., Vázquez-Manrique, R. P., Cervera, J., & Sanjuan-Pla, A. (2019). CRISPR to fix bad blood: a new tool in basic and clinical hematology. Haematologica, 104(5), 881–893. https://doi.org/10.3324/haemat…
  11. Li, C., Mei, H., & Hu, Y. (2020). Applications and explorations of CRISPR/Cas9 in CAR T-cell therapy. Briefings in functional genomics, 19(3), 175–182. https://doi.org/10.1093/bfgp/e…
  12. Amoasii, L., Hildyard, J., Li, H., Sanchez-Ortiz, E., Mireault, A., Caballero, D., Harron, R., Stathopoulou, T. R., Massey, C., Shelton, J. M., Bassel-Duby, R., Piercy, R. J., & Olson, E. N. (2018). Gene editing restores dystrophin expression in a canine model of Duchenne muscular dystrophy. Science (New York, N.Y.), 362(6410), 86–91. https://doi.org/10.1126/scienc…
  13. Moretti, A., Fonteyne, L., Giesert, F., Hoppmann, P., Meier, A. B., Bozoglu, T., Baehr, A., Schneider, C. M., Sinnecker, D., Klett, K., Fröhlich, T., Rahman, F. A., Haufe, T., Sun, S., Jurisch, V., Kessler, B., Hinkel, R., Dirschinger, R., Martens, E., Jilek, C., … Kupatt, C. (2020). Somatic gene editing ameliorates skeletal and cardiac muscle failure in pig and human models of Duchenne muscular dystrophy. Nature medicine, 26(2), 207–214. https://doi.org/10.1038/s41591…
  14. El Refaey, M., Xu, L., Gao, Y., Canan, B. D., Adesanya, T., Warner, S. C., Akagi, K., Symer, D. E., Mohler, P. J., Ma, J., Janssen, P., & Han, R. (2017). In Vivo Genome Editing Restores Dystrophin Expression and Cardiac Function in Dystrophic Mice. Circulation research, 121(8), 923–929. https://doi.org/10.1161/CIRCRE…
  15. Villiger, L., Grisch-Chan, H. M., Lindsay, H., Ringnalda, F., Pogliano, C. B., Allegri, G., Fingerhut, R., Häberle, J., Matos, J., Robinson, M. D., Thöny, B., & Schwank, G. (2018). Treatment of a metabolic liver disease by in vivo genome base editing in adult mice. Nature medicine, 24(10), 1519–1525. https://doi.org/10.1038/s41591…
  16. Park, H., Oh, J., Shim, G., Cho, B., Chang, Y., Kim, S., Baek, S., Kim, H., Shin, J., Choi, H., Yoo, J., Kim, J., Jun, W., Lee, M., Lengner, C. J., Oh, Y. K., & Kim, J. (2019). In vivo neuronal gene editing via CRISPR-Cas9 amphiphilic nanocomplexes alleviates deficits in mouse models of Alzheimer’s disease. Nature neuroscience, 22(4), 524–528. https://doi.org/10.1038/s41593…
  17. Lim, C., Gapinske, M., Brooks, A. K., Woods, W. S., Powell, J. E., Zeballos C, M. A., Winter, J., Perez-Pinera, P., & Gaj, T. (2020). Treatment of a Mouse Model of ALS by In Vivo Base Editing. Molecular therapy : the journal of the American Society of Gene Therapy, 28(4), 1177–1189. https://doi.org/10.1016/j.ymth…
  18. Ledford H. (2020). CRISPR treatment inserted directly into the body for first time. Nature, 579(7798), 185. https://doi.org/10.1038/d41586…
Читайте также:  Снижение кишечной палочки с типичными свойствами что это

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Источник