Кишечная палочка живая природа или нет

: 30 Мар 2015 , Наша Арктика , том 61,
№1

А вот первый приз «читательских симпатий» заслужили работы в области синтетической биологии, занимающейся созданием несуществующих в природе живых систем и процессов. Речь идет о новых «буквах» генетического кода – искусственной паре азотистых оснований, хорошо укладывающейся в двойную спираль ДНК без формирования привычных водородных связей. Созданием подобных альтернативных пар занимаются уже более двадцати лет, и в этом смысле достижение, отмеченное Science, не кажется специалистам чем-то сногсшибательным. Важность этой работы в другом: ученым впервые удалось показать работоспособность ненатуральной пары оснований в живой клетке – бактерии кишечной палочки. Но говорить о том, что удалось «расширить генетический алфавит», очень и очень преждевременно, поскольку пока не удалось разрешить главную проблему искусственного генетического кода – заставить клетку при помощи новых «букв» производить и новые белки

В десятку наиболее выдающихся результатов 2014 г. вошли работы исследователей из Скриппсовского института (Ла-Холья, США), которые не только создали ДНК с двумя новыми «буквами» генетического кода, но и заставили ее воспроизводиться внутри кишечной палочки – традиционного экспериментального объекта молекулярных биологов

Как всем известно со школьной скамьи, «текст» молекулы ДНК – хранилища наследственной информации – написан всего четырьмя «буквами»: A, T, G и C. Буквы эти обозначают четыре азотистых основания – аденин, тимин, гуанин и цитозин, которые крепятся к сахарофосфатному остову. Две такие конструкции и составляют знаменитую двойную спираль ДНК, которая в итоге содержит все инструкции по постройке и работе нашего организма.

Две цепи ДНК связаны друг с другом по принципу комплементарности: напротив A в одной цепи всегда стоит T в другой, а напротив G – всегда C. Между «противоположными» основаниями в этих парах образуются так называемые водородные связи, что и определяет соответствие оснований друг другу. Например, между A и C такие связи образоваться не могут, поэтому и говорят, что основания подходят друг к другу как ключ к замку.

Структура ДНК стала известна еще в середине прошлого века, и уже тогда ученые стали задаваться вопросами: почему живая природа использует именно эти две пары оснований, а не какие-нибудь другие, и нельзя ли как-нибудь «подкрутить винтики» в клетке, чтобы заставить ее использовать другие основания? Ответ на первый вопрос не получен до сих пор. Многие специалисты в области предбиологической эволюции предполагают, что такой выбор был случайностью, которая закрепилась в дальнейшем, когда был пройден самый трудный этап возникновения жизни на нашей планете – когда молекулы стали «репликаторами», т. е. научились воспроизводить сами себя.

Вероятность такого события очень мала, поэтому неудивительно, что если даже некогда и существовали комплементарные пары с другими основаниями, они просто не прошли через это «бутылочное горлышко» эволюции. Впрочем, первой молекулой-репликатором, скорее всего, была не ДНК, а РНК, которая, кстати сказать, вместо тимина использует еще одно азотистое основание – урацил, также образующий пары с аденином. При переходе к «миру ДНК» урацил заменился на тимин по причинам, связанным с надежностью хранения информации.

Самое интересное, что и сейчас известны организмы, у которых «великолепная четверка» отличается от описанной в школьном учебнике. Например, у многих бактериофагов – вирусов, поражающих бактерии, место тимина в ДНК занимает урацил либо гидроксиметилурацил или другие производные урацила с дополнительно присоединенным углеводным остатком. Такая «подмена» помогает вирусу защищаться от охранных систем бактерий, расщепляющих проникшую внутрь чужеродную ДНК. А в 1970-х гг. в обыкновенной луже ленинградские микробиологи обнаружили бактериофаг, у которого аденин полностью заменен другим основанием, 2,6-диаминопурином.

Что касается второго вопроса, то он лег в основу нового направления молекулярной биологии – создания искусственного генетического кода. Специалисты в этой области занимаются не только поиском возможностей создания альтернативных пар оснований, но и способов введения в структуру белков неканонических аминокислот (как известно, генетические системы всех известных на сегодня живых организмов кодируют ровно 20 «стандартных» аминокислот). Понятно, что если научиться собирать ДНК из расширенного репертуара пар оснований и заложить в код возможность включения в белки нестандартных аминокислот, то это откроет невиданные перспективы перед синтетической биологией – областью науки, занимающейся созданием несуществующих в природе живых систем и процессов.

На фоне такой глобальной проблемы достижение, отмеченное журналом Science, не выглядит чем-то сногсшибательным. Скорее это – очередная ступенька лестницы, строительство которой началось два десятилетия назад, причем ступенька не очень высокая. Главный концептуальный прорыв на этом пути был совершен еще в конце 1990-х гг. группой под руководством Э. Кула (Рочестерский университет, США), которая показала, что для создания стабильной пары оснований, хорошо укладывающейся в двойную спираль ДНК, вовсе не нужны водородные связи. Можно сделать искусственные основания, вообще не содержащие ни одного атома, способного образовывать такие связи, и они смогут не только стабильно существовать в ДНК, но и без проблем включаться в нее обычными ферментами ДНК-полимеразами, по крайней мере, некоторыми из них.

В лаборатории Ф. Роумсберга, удостоенной внимания редакторов Science, неклассическими основаниями занимаются уже не первый год. Но до недавних пор все исследования в этом направлении выполнялись in vitro, т. е. «в пробирке», а не в живой клетке. В этот раз исследователи взяли одну из таких «безводородных» пар оснований и попытались заставить ее воспроизводиться внутри бактерии кишечной палочки, традиционно используемой для экспериментов молекулярными биологами.

Однако в живом организме основания не возникают по желанию экспериментатора. За каждой из четырех букв в ДНК стоит многоходовая схема их синтеза в клетке и, разумеется, основания, придуманные химиками, клетка сама делать не может. Поэтому ученые схитрили: они ввели в бактерии белок из клеточной стенки диатомовой водоросли Phaeodactylum tricornutum, который способен захватывать те самые отдельные «буквы» ДНК непосредственно из внешней среды. Соответственно, ненатуральные основания (точнее, не сами основания, а дезоксинуклеозидтрифосфаты – «кирпичики» с частью сахарофосфатного остова, из которых и строится ДНК) просто добавляли в культуральную среду, в которой росли такие бактерии.

Но существовала еще одна проблема, которую требовалось разрешить. Дело в том, что если заставить бактериальные клетки использовать ненатуральные основания в большом количестве, то бактерии просто не выживут, потому что существующий генетический аппарат не будет их «узнавать». Поэтому ученые ввели лишь одну-единственную ненатуральную пару, и то не напрямую в саму бактериальную ДНК, а в плазмиду – отдельную маленькую кольцевую молекулу ДНК, способную существовать и самовоспроизводиться внутри бактериальной клетки. А поскольку фермент ДНК-полимераза III, которая отвечает у бактерий за репликацию основной части генома, нестандартные основания вообще не узнает, ненатуральную пару оснований пришлось ставить даже не просто в плазмиду, а в очень маленький участок плазмиды, который синтезируется другим ферментом – ДНК-полимеразой I.

После всех этих манипуляций бактерии растили на обогащенной нестандартными основаниями среде в течение 15 часов – за это время клетки успевали поделиться 24 раза. Затем определяли, что находится в том месте плазмиды, где стояла ненатуральная пара. Если бы клетка не была способна при репликации использовать соответствующие друг другу неканонические нуклеотиды, а встраивала напротив них нормальные, то ненатуральная пара после 24 делений сохранилась бы только в 1 случае из 17 млн! Однако на самом деле ничего подобного не произошло: ненатуральная пара сохранялась в 86 % случаев, замена произошла только спустя нескольких суток дальнейшего роста.

Важность работы Роумсберга и его коллег неоспорима, ведь им действительно впервые удалось показать работоспособность ненатуральной пары оснований в живой клетке. Но говорить о том, что в ней удалось «расширить генетический алфавит», очень и очень преждевременно – эта фраза вынесена в заголовок статьи в Nature явно с рекламными целями. В конце концов, авторы статьи обошли самые главные неразрешенные проблемы искусственного генетического кода. Ведь для того, чтобы на деле расширить алфавит ДНК, нужно как минимум встроить в клетку пути синтеза неканонических нуклеотидов, сделать их совместимыми с основной системой репликации и, главное, придумать, как при помощи новых букв заставить клетку производить и новые белки.

Задача по-прежнему выглядит чрезвычайно сложной – примерно, как полет в космос в эпоху начала аэронавтики. В этом смысле работу Роумсберга и его коллег можно сравнить с запуском шара братьев Монгольфье. Но в космос в конце концов полетели не воздушные шары, так что хотя отмеченное Science достижение – безусловно, шаг в нужном направлении, пока непонятно, приведет ли к цели именно эта дорога.

Литература

Власов В. В., Воробьев П. Е. Мир РНК: вчера и сегодня // НАУКА из первых рук. 2012. № 3(45). С. 40—49.

Malyshev D. A., Dhami K., Lavergne T., et al. A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet // Nature. 2014. V. 509. N. 7500. P. 385—388.

: 30 Мар 2015 , Наша Арктика , том 61,
№1

Источник

Микроорганизмы в пищевых продуктах присутствуют всегда. Патогенные микроорганизмы могут быть уничтожены благодаря обработке продуктов. Они могут стремительно размножаться из-за неправильной транспортировки, хранения, приготовления, или подачи. Увеличение количества этих микроорганизмов может привести не только к порче пищи, но и вызвать серьёзное отравление. Распространённый представитель пищевых патогенных бактерий – кишечная палочка. Кишечная палочка является частью микрофлоры кишечника человека и животных.

Некоторые виды кишечных палочек – патогенные для человека, то есть способны вызвать заболевание.

Бактерии группы кишечной палочки – универсальный показатель качества пищевых продуктов. Наличие кишечной палочки – показатель фекального загрязнения, особенно воды.

К сожалению, по внешнему виду, запаху или вкусу мы не сможем сказать, загрязнена ли пища кишечной палочкой (E. coli).

Кишечной палочкой могут быть обсеменены многие продукты, включая говядину, зелень, готовые к употреблению салаты, фрукты, сырое молоко и сырое тесто, нарезки колбас, сыров , особенно в условиях рынка, где не всегда обрабатывается аппарат для нарезки, мясорубки для приготовления фарша. Кишечная палочка активно размножается во время гниения продуктов.

Механизм передачи возбудителя фокально-оральный. Заражение происходит через пищу, воду, грязные руки.

Эта бактерия способна вырабатывать токсины (25 типов) и в зависимости от типа токсина, вырабатываемого кишечной палочкой, она обладают определенным действием.

Например, энтеротоксигенные E.coli имеют высокомолекулярный термолабильный токсин, который действует аналогично холерному, вызывая холероподобную диарею (гастроэнтериты у детей младшего возраста, диарею путешественников и др.).

Энтероинвазивные кишечные палочки вызывают профузную диарею с примесью крови и большим количеством лейкоцитов (аналогично дизентерие).

Энтеропатогенные E.coli вызыают водянистую диарею и выраженное обезвоживание.

Энтерогеморрагические кишечные палочки вызывают диарею с примесью крови.

Симптомы

Симптомы пищевого отравления отравления кишечной палочкой: боль в животе, тошнота, рвота, диарея более 20 раз в сутки, возможно с кровью. Температура тела обычно повышается незначительно или остаётся в норме.

Кишечная палочка является наиболее распространенным патогеном, вызывающим менингит у новорождённых детей. Он имеет высокие показатели заболеваемости и смертности во всем мире.

В группе риска

-Взрослые в возрасте 65 лет и старше

-Дети младше 5 лет

-Люди с ослабленной иммунной системой, в том числе беременные

-Люди, которые путешествуют в определенные страны

Профилактика

Чтобы защитить себя от инфекций, вызванных кишечной палочкой, а также от других болезней пищевого происхождения, соблюдайте основные правила безопасности:

-Мойте руки, посуду и кухонные поверхности горячей мыльной водой до и после приготовления или приема пищи.

– Используйте отдельные разделочные доски для сырых продуктов и готовых

-Тщательно мойте фрукты и овощи, испотльзуйте щетку для овощей.

-Держите сырые продукты, особенно мясо и птицу, отдельно от готовых к употреблению продуктов.

– Охлаждайте или замораживайте скоропортящиеся продукты как можно быстрее.

– Избегайте непастеризованных соков, молочных продуктов.

– Не ешьте сырое тесто.

– Пейте бутилированную воду.

-Тщательно прожаривайте мясо.

Источник

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 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.

Диарея

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.

Усиление 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 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 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.

Поделиться ссылкой:

Источник