Чем питается кишечная палочка

Кишечная палочка
Научная классификация
Домен: Бактерии
Класс: Гамма-протеобактерии
Порядок: Enterobacterales
Семейство: Энтеробактерии
Вид: Кишечная палочка
Международное научное название

Кишечная палочка (лат. Escherichia coli ) — вид грамотрицательных палочковидных бактерий, широко распространённых в нижней части кишечника теплокровных животных. Большинство штаммов E. coli являются безвредными, однако серотип O157:H7 может вызывать тяжёлые пищевые отравления у людей [1] и животных [2] . Безвредные штаммы являются частью нормальной флоры кишечника человека и животных. Кишечная палочка приносит пользу организму хозяина, например, синтезируя витамин K [3] , а также предотвращая развитие патогенных микроорганизмов в кишечнике [4] [5] .

E. coli не всегда обитают только в желудочно-кишечном тракте, способность некоторое время выживать в окружающей среде делает их важным индикатором для исследования образцов на наличие фекальных загрязнений [6] [7] . Бактерии легко могут быть выращены в лабораторных условиях, поэтому кишечная палочка играет важную роль в генетических исследованиях. E. coli является одним из самых изученных прокариотических микроорганизмов и одним из самых важных объектов биотехнологии и микробиологии.

E. coli была описана немецким педиатром и бактериологом Теодором Эшерихом в 1885 году [6] . В настоящее время кишечную палочку относят к роду эшерихий (Escherichia), названному в честь Теодора Эшериха семейства энтеробактерий [8] .

Содержание

Штаммы [ править | править код ]

Штамм — это совокупность особей внутри вида, которая обладает свойствами, отличными от свойств других особей. Часто такие отличия могут быть обнаружены только на молекулярном уровне, однако имеют эффект на физиологию бактерии или жизненный цикл. Разные штаммы E. coli часто специфичны к определённым хозяевам, что делает возможным определение источника фекального заражения в образцах [6] [7] . Например, если известно, какие штаммы E. coli представлены в образце воды, можно определить источник заражения, например, человек, другое млекопитающее или птица.

Новые штаммы E. coli появляются в результате мутаций и горизонтального переноса генов [9] . Некоторые штаммы вырабатывают особенности, губительные для организмов хозяина, такие вирулентные штаммы могут вызывать диарею, что неприятно в случае взрослых и может привести к летальному исходу у детей в развивающихся странах [10] . Более вирулентные штаммы, например, O157:H7 вызывают тяжёлые заболевания и даже приводят к смерти у пожилых людей, маленьких детей и лиц с ослабленным иммунитетом [10] [11] .

Биология и биохимия [ править | править код ]

E. coli — грамотрицательная бактерия, факультативный анаэроб, не образует эндоспор. Клетки палочковидные, со слегка закруглёнными концами, размером 0,4—0,8 × 1—3 мкм, объём клетки составляет около 0,6—0,7 мкм³ [12] [13] . Кишечная палочка может жить на разных субстратах. В анаэробных условиях E. coli образует в качестве продукта жизнедеятельности лактат, сукцинат, этанол, ацетат и углекислый газ. Часто при этом образуется молекулярный водород, который мешает образованию указанных выше метаболитов, поэтому E. coli часто сосуществует с микроорганизмами, потребляющими водород — например, с метаногенами или бактериями, восстанавливающими сульфат [14] .

Оптимальный рост достигается культурами E. coli при температуре 37°C, некоторые штаммы могут делиться при температурах до 49°C [15] . Рост может стимулироваться аэробным или анаэробным дыханием, различными парами окислителей и восстановителей, в том числе, окислением пирувата, формиата, водорода, аминокислот, а также восстановлением кислорода, нитрата, диметилсульфоксида и триметиламин N-оксида [16] .

Штаммы, имеющие жгутики, способны передвигаться. Жгутики расположены перитрихиально [17] . На конце жгутика расположен белок FimH, который прикрепляется к молекулам сахаров на поверхности, а сам жгутик состоит из цепочки взаимосвязанных белковых сегментов, закрученных в форме тонкой длинной пружины и упруго вытягивающихся при воздействии силы [18] [19] .

Роль в нормальной микрофлоре [ править | править код ]

E. coli в норме заселяет кишечник новорождённого ребёнка в течение 40 часов после рождения, поступая с пищей или от лиц, контактирующих с ребёнком, и сохраняются на протяжении жизни на уровне 10 6 —10 8 КОЕ/г содержимого толстой кишки. В ЖКТ кишечные палочки прилипают к слизистым оболочкам и являются основными представителями факультативных анаэробов у человека. Так как кишечные палочки не имеют бактериофагов, кодирующих факторы вирулетности, они являются комменсалами [20] . По другим данным, микроорганизмы (в том числе E. coli) начинают заселять человеческий организм ещё в утробе матери [21] .

Читайте также:  Цервицит по классификации бетесда nilm

Непатогенный штамм Escherichia coli Nissle 1917 известен как Mutaflor и используется в медицине в качестве пробиотика, в основном для лечения желудочно-кишечных заболеваний, в том числе у новорождённых [22] [23] .

Модельный организм [ править | править код ]

E. coli часто используют в качестве модельного организма в микробиологических исследованиях. Культивируемые штаммы, например, E. coli K12 хорошо приспособлены к росту в лабораторных условиях, и, в отличие от штаммов дикого типа, неспособны заселять кишечник. Многие лабораторные штаммы утеряли способность образовывать биологические плёнки [24] [25] . Описанные особенности предохраняют штаммы дикого типа от антител и химических агентов, но требуют больших затрат вещества и энергии.

В 1946 году Джошуа Ледерберг и Эдуард Тейтем описали явление конъюгации бактерий, используя кишечную палочку в качестве модельного организма [26] . E. coli остаётся одной из наиболее востребованных бактерий при изучении конъюгации и в настоящее время. E. coli была важным компонентом первых экспериментов по генетике бактериофагов [27] , ранние исследователи, например, Сеймор Бензер, использовали E. coli и фаг T4 для изучения структуры генов [28] . До исследований Бензера не было известно, имеет ген линейную или разветвлённую структуру.

Кишечная палочка E. coli была одним из первых организмов, чей геном был полностью секвенирован. Последовательность нуклеотидов в геноме штамма К12 E. coli была опубликована в журнале Science в 1997 году [29] .

Долговременный эксперимент по эволюции E. coli был начат Ричардом Ленски в 1988 году и позволил непосредственно наблюдать эволюционные изменения в лабораторных условиях [30] . В данном эксперименте одна популяция E. coli получила возможность аэробно метаболизировать цитрат. Такая способность встречается у E. coli в норме крайне редко. Неспособность к росту в аэробных условиях используют для того, чтобы отличить E. coli от других родственных бактерий, например, Salmonella. В ходе данного эксперимента в лабораторных условиях удалось наблюдать процесс видообразования.

Биотехнология [ править | править код ]

E. coli играет важную роль в современной промышленной микробиологии и биологической инженерии [31] . Работа Стенли Нормана Коэна и Герберта Бойера на E. coli с использованием плазмид и эндонуклеаз рестрикции для создания рекомбинантной ДНК находится у истоков современной биотехнологии [32] .

Кишечную палочку считают универсальным организмом для синтеза чужеродных белков [33] . В E. coli исследователи вводят гены при помощи плазмид, что позволяет осуществлять биосинтез белков для промышленной ферментации. Также разработаны системы для синтеза в E. coli рекомбинантных белков. Одним из первых примеров использования технологии рекомбинантных ДНК является синтез аналога инсулина человека [34] . Модифицированные E. coli используют при разработке вакцин, синтеза иммобилизованных ферментов и решения других задач [33] . Однако в организме E. coli невозможно получать некоторые крупные белковые комплексы, содержащие дисульфидные связи, в частности, белки, для проявления биологической активности которых требуется посттрансляционная модификация [31] .

Гены кишечной палочки также используются для генетической модификации растений, в частности из нее выделяют ген устойчивости к антибиотикам неомицину и канамицину. [35]

Патогенность [ править | править код ]

Непатогенные бактерии E. coli, в норме в больших количествах населяющие кишечник, могут, тем не менее, вызвать развитие патологии при попадании в другие органы или полости человеческого тела. Если бактерия попадает через отверстие в ЖКТ в брюшную полость, может возникнуть перитонит. Попав и размножившись во влагалище женщины, бактерия может вызвать или осложнить кольпит. Попадание бактерии в предстательную железу мужчины может быть патогенезом острого или хронического бактериального простатита. В таких случаях в лечение включается применение антибиотиков, проводимое таким образом, чтобы не подавлять нормальную микрофлору кишечника, иначе возможно развитие дисбактериоза.

Читайте также:  Сода при вагините

E. coli очень чувствительна к таким антибиотикам, как стрептомицин или гентамицин. Однако E. coli может быстро приобретать лекарственную устойчивость [36] .

Желудочно-кишечные инфекции [ править | править код ]

Вирулентные штаммы E. coli в норме отсутствуют в кишечнике, и заболевание наступает при заражении алиментарным путём. Передача патогенных E. coli часто происходит фекально-оральным путём [20] [37] [38] . Частые пути передачи могут быть вызваны: низкой гигиеной приготовления пищи [37] , загрязнением продуктов навозом [39] , поливом урожая загрязнённой водой или сточными водами [40] , при выпасе диких свиней на пашнях [41] , употреблением для питья воды, загрязнённой сточными водами [42] .

Вирулентные штаммы E. coli могут вызывать гастроэнтериты, воспаления мочеполовой системы, а также менингит у новорождённых. В редких случаях вирулентные штаммы также вызывают гемолитический-уремический синдром, перитонит, мастит, сепсис и грамотрицательную пневмонию.

Некоторые штаммы E. coli, например, O157:H7, O121, O104:H4 и O104:H21, синтезируют потенциально смертельные токсины. Пищевые отравления, инфекционным агентом при которых являются вирулентные E. coli, обычно вызваны употреблением в пищу немытых овощей или непрожаренного мяса.

Первичными резервуарами E. coli O157:H7 является мясной и молочный скот [43] , который может переносить бактерии бессимптомно и выделять с фекалиями [43] .

В случае заболеваний кишечника у новорождённых, при болезни Крона и при неспецифическом язвенном колите обнаруживают повышенные уровни E. coli в слизистых ЖКТ [44] . Инвазивные штаммы E. coli обнаружены в воспалённых тканях, а количество бактерий в очагах воспаления коррелирует с тяжестью воспаления в кишечнике [45] .

Менингит новорождённых [ править | править код ]

Один из серотипов Escherichia coli содержит антиген K1. Заселение кишечника новорождённого данным серотипом бактерий при попадании бактерий из влагалища матери может приводить к менингиту. В отсутствие IgM от матери, которые не способны проникать через гемато-плацентарный барьер, и потому, что организм распознаёт K1 как собственный антиген, данный серотип вызывает тяжёлые воспаления мозга.

Лечение фагами [ править | править код ]

Терапия бактериофагами для лечения патогенных бактерий была разработана более 80 лет назад в Советском Союзе, где использовалась для лечения диареи, вызванной E. coli [46] . В настоящее время фаговая терапия доступна лишь в Центре фаговой терапии в Грузии и в Польше [47] .

Бактериофаг Т4 является хорошо изученным фагом, инфицирующим E. coli.

Вакцина [ править | править код ]

Исследователи разрабатывают эффективные вакцины для снижения количества случаев заражения патогенными штаммами E. coli по всему миру [48] .

В апреле 2009 года исследователи Мичиганского университета заявили о том, что разработали вакцину для одного из штаммов E. coli. Подана заявка на патент [49] .

Кишечная палочка (Escherichia coli, E. coli) является палочковидной бактерией, принадлежащей к группе факультативных анаэробов (живет и размножается только в условиях отсутствия прямого кислорода).

Она имеет множество штаммов, большинство из которых принадлежит к естественной микрофлоре кишечника людей и помогает предотвращать развитие вредоносных микроорганизмов и синтезировать витамин К. Однако некоторые её разновидности (например, серотип О157:Н7) способны вызвать серьезные отравления, кишечный дисбактериоз и колибактериоз.

Нормальная микрофлора кишечника включает в себя множество микроорганизмов, среди которых – лактобактерии, энтерококки, стрептококки и проч. Штаммы этих бактерий находятся в равновесии, но если последнее каким-либо образом нарушится, патогенные микроорганизмы начнут усиленно размножаться. При этом активизируются процессы брожения и гниения, вызывая развитие серьезных заболеваний.

Некоторые штаммы кишечной палочки вызывают не только заболевания желудочно-кишечного тракта, но поражают также мочеполовую систему, провоцируют кольпит, цистит, простатит, менингит у младенцев, иногда становятся причиной развития гемолитически-уремического синдрома, перитонита, мастита, пневмонии и сепсиса.

Функции кишечной палочки в организме человека

Бактерии группы кишечной палочки необходимы для жизнедеятельности человека. В этой группе присутствуют различные микроорганизмы, которые называются колиформными бактериями.

Они составляют всего один процент от микрофлоры кишечника и решают ряд важных задач:

  • выполняют защитную функцию, препятствуя развитию болезней;
  • своим присутствием способствуют размножению бифидо- и лактобактерий;
  • участвуют в обмене жиров и холестерина;
  • участвуют в выработке витаминов В (всей группы) и K;
  • улучшают всасывание соединений с железом и кальцием;
  • укрепляют именную систему детей (до 7 лет).
Читайте также:  Ходы чесоточного клеща

Воздействие полезной кишечной палочки неоценимо в течение всей жизни, но патогенные штаммы этих бактерий провоцируют болезни, вызывают отравления, уничтожают полезную среду кишечника, деструктивно влияют на иммунитет взрослых и детей. В последнем случае это опасно вдвойне, поскольку неокрепший детский организм становится беззащитным к агрессивной внешней среде.

Внимание! Очень опасна кишечная палочка при беременности: инфекция способна проникнуть в плод, развить патологии и привести к выкидышу.
Кишечные палочки достаточно устойчивы, они способны выживать некоторое время, даже если покинут организм человека. Это помогает в медицинских исследованиях и лечении, сборе информации при помощи анализа кала, мочи и т.д.

Кишечная палочка в норме

В нормальных условиях кишечная палочка заселяет кишечник человека (безопасные ее штаммы), среднее количество варьирует от 106 до 108 КОЕ/г содержимого дистального отдела кишечника (КОЕ – колониеобразующая единица). Содержание E.coli в составе другой микрофлоры кишечника не более 1%. В обычных условиях кишечная палочка принимают участие в нормальном функционировании кишечника, синтезирует витамины К, В1, В2, В3, В5, В6, В9, B12. Очень важная функция – конкурентное взаимодействие с условно-патогенной флорой кишечника (ограничение размножения условно-патогенных микроорганизмов).

Непатогенный штамм Nissle 1917 (Mutaflor) применяется с лечебной целью у детей в качестве пробиотика при дисбактериозе кишечника. В кишечнике более полезны так называемые лактозопозитивные кишечные палочки, содержание лактозонегативных не должно превышать 105 КОЕ/г, а гемолитические E. coli и вовсе должны отсутствовать.

Елена

Болею циститом 25 лет.В августе 2016 было резкое обострение с температурой 39 в течение 3 дней.Делали посев нашли кишеную палочку.Лечили гентамицином,нолицином,таваником,канефроном,фитолизином и закончила 2 месяца Уро=Ваксоном.Все это сопровождалось отваром урологический сбор.Сейчас сказали что вылечить невозможно.Неужели нет врачей и средств,которые могут вылечить?

Группа ученых под руководством профессора Сколтеха Михаила Гельфанда открыла неизвестный ранее способ переработки лактозы бактерией Escherichia coli (кишечная палочка), обитающей в кишечнике человека и других млекопитающих . Бактерия задействует при этом гены, которые предназначены для метаболизма других веществ. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

“Полученные результаты говорят о возможной мультифункциональности ферментов, ранее считавшихся очень узкоспециализированными, и поднимает целый ряд дополнительных вопросов об их биохимических характеристиках, специфичности и сродству ко всем возможным субстратам”, – отмечается в пресс-релизе.

Самая привычная пища для кишечной палочки – глюкоза, но в ее отсутствие бактерия может перейти на другие вещества, например на лактозу.

Кишечная палочка может быстро, в течение нескольких часов, переключаться с одного “корма” на другой, благодаря тому, что гены, отвечающие за определенные задачи – например, за усвоение лактозы – не разбросаны по всей бактериальной хромосоме, а собраны в группы, опероны. Такая организация помогает легко регулировать работу генов и выключать ненужные гены при необходимости, переключаясь с переработки глюкозы на переработку лактозы.

Раньше считалось, что у кишечной палочки есть только один метаболический путь усвоения лактозы, но ученые обнаружили, что оперон, который нужен кишечной палочке для распада серосодержащих углеводов очень похож по взаимному расположению генов на оперон у других бактерий – бацилл, который отвечает за переработку лактозы.

Ученые предположили, что этот оперон у кишечной палочки может тоже участвовать в утилизации лактозы и эксперимент подтвердил догадку, показав, что генов, которые обеспечивают метаболизм сероуглеродов, участвуют в переработке лактозы. Гены работали, когда в среде присутствовала лактоза, и выключались при ее отсутствии. Более того, даже если выключить классический путь переработки лактозы, бактерии могли расти и размножаться на лактозе за счет нового пути.

Как пишут ученые в статье, исследованный ими случай является примером успешного предсказания функций генов, основанного на их расположении в геноме. “Эта история показывает силу интеграции биоинформатических и экспериментальных методов при решении типичных молекулярно-биологических задач”, – сказал профессор Михаил Гельфанд.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector