В кишечную палочку записали
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
Моделирование прохождения молекулы ДНК с одноцепочечным разрывом
Olgica Milenkovic et al. / Nature Communications, 2020
Биохимики предложили новый метод записи информации на естественные молекулы ДНК, в котором кодирование происходит за счет положения места одноцепочечного разрыва. Запись информации в такую ячейку память застрахована от ошибок при кодировании и происходит гораздо быстрее, чем синтетическое кодирование нуклеотидами, однако пока что новый способ проигрывает в плотности записи. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
Впервые идею о хранении цифровой информации в молекуле ДНК затронул в 1959 году американский физик Ричард Фейнман в своей лекции под названием «Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики». Хранение информации на молекулах ДНК интересно за счет своей колоссальной информационной емкости — в прошлом году ученые записали 16 гигабайт текста английской версии Википедии в одной молекуле ДНК. Кодирование в таких системах происходит за счет синтеза молекулы из определенной последовательности нуклеотидов: аденина, тимина, цитозина и гуанина. Однако у этого подхода есть много ограничений и неудобств. За один цикл к молекуле ДНК добавляется только один нуклеотид, а потому процесс протекает значительное время и требует больших затрат относительно распространенных оптических и магнитных средств записи. Более того сам синтез подвержен ошибкам и даже при оптимальном процессе количество ошибок может достигать 21 процента.
Ольгица Миленкович (Olgica Milenkovic) со своими коллегами предложила новый способ записи информации на молекулы ДНК, полученные из живых организмов, основанный на одноцепочечном разрыве молекулы ДНК с помощью фермента. Ученые таким образом записали и считали информацию на ДНК бактерии кишечной палочки (Escherichia coli) Геттисбергскую речь Линкольна (0,4 килобайта) и фотографию мемориала Линкольна (14 килобайт).
Процесс записи , хранения и чтения информации на разрывах молекул ДНК
Olgica Milenkovic et al. / Nature Communications, 2020
Известные разрывные ферменты — никазы — способны распознавать и связывать только определенные последовательности в цепи ДНК, которые сильно ограничены их окружением. Например, разрывные эндонуклеазы признают только специфические последовательности длиной в шесть пар нуклеотидов, что ограничивает их использование для масштабной записи. Никаза SpCas9n пиогенного стрептококка (Streptococcus pyogenes) часто используется в генной инженерии, но для ее работы требуется два гуанина в цепи подряд, что ограничивает емкость в 16 раз. В качестве такого фермента биофизики предложили использовать фермент пирококка (Pyrococcus furiosus) PfAgo — высокоточный искусственный ограничительный фермент с возможностью расщепления на произвольных частях цепи ДНК. Этот фермент за время своего действия способен совершить сотни разрывов в отличие от SpCas9n и ранее уже использовался для сборки генома и распознавании цепи ДНК.
Кодирование информации с помощью фермента PfAgo
Olgica Milenkovic et al. / Nature Communications, 2020
В качестве основы для записи ученые выделили ДНК бактерии кишечной палочки штамма K12 MG1655. При выборе длины цепочки в 450 пар азотистых оснований они руководствовались двумя ограничениями: не менее десяти позиций обрыва с промежутками не менее 25 нуклеотидов и отсутствие диссоциации между участками обрыва.
Для проверки качества записи биофизики закодировали Геттисбергскую речь Авраама Линкольна и фотографию мемориала Линкольна в двоичную последовательность из десятибитовых строк, в которой единица — наличие разрыва, а ноль — его отсутствие в возможном месте разрыва. Затем полученные строки переводили в позиционную систему для сжатия информации вдвое. Чтобы достичь быстрой и эффективной записи данных ученые для каждого регистра создавали библиотеку возможных направляющих фрагментов ДНК для фермента автоматизированной комбинацией вариантов.
Биофизики для хранения информации поместили регистры в сеть микропланшетов, которые обеспечивают произвольный доступ к регистрам и организуют доступ к данным, аналогично дорожкам на CD-дисках и магнитных лентах. Однако авторы признают, что такой метод хранения не годится для масштабируемого производства, тем не менее они надеются на разработку масштабируемых систем позиционного хранения данных с использованием МАЛДИ-пластин или микрофлюидных устройств. Чтобы своими силами улучшить емкостную способность позиционного хранения ученые предложили три варианта улучшения: использование в одной ячейке нескольких регистров, в которых крайне мало пересечение в последовательностях, введение специфичного разрыва в зависимости от цепи — увеличение емкости одного разрыва на 58 процентов, комбинаторное смешивание молекул одного регистра по специальным схемам.
Сопоставление фрагментов ДНК с исходной цепью, разрывы произошли во всех возможных местах – десять единиц
Olgica Milenkovic et al. / Nature Communications, 2020
Для считывания информации биофизики подвергали цепь ДНК денатурации и получали одноцепочечные молекулы ДНК с разной длиной в зависимости от положения разрыва. Эти последовательности они сравнивали с известной последовательностью регистра и выстраивали цепочку, определяли возможные позиции разрывов и присваивали ноль, если разрыв в этом потенциальном месте отсутствовал. В качестве неразрушающего метода считывания информации авторы рассмотрели два варианта: внедрение в разрыв флуоресцентного гена или прохождение молекулы ДНК сквозь двумерную нанопористую мембрану дисульфида молибдена — на зависимости ионного тока от времени отчетливо заметно положение одноцепочечного разрыва. А для подтверждения своей гипотезы они смоделировали прохождение молекулы ДНК через нанопору.
Схема прикрепления в место разрыва зацепки с флуорисцирующим компонентом
Olgica Milenkovic et al. / Nature Communications, 2020
Измерения ионного тока и проводимости мембраны в процессе прохождения молекулы ДНК через нанопору, t_dna – время прохождения всей молекулы, t_n – время прохождения разрыва
Olgica Milenkovic et al. / Nature Communications, 2020
ДНК уже несколько лет используется в качестве экзотического средства записи. Два года назад группа Massive Attack к 20-летнему юбилею своего альбома «Mezzanine» записала его в ДНК.
Артем Моськин
Источник