ای کولی (E. coli) چیست؟ – از صفر تا صد

ای کولای در مدفوع

فیلم آموزش میکروبیولوژی پزشکی در فرادرس

کلیک کنید

به دلیل جهش و نرخ بالای نوترکیبی،‌ سویه‌های ای. کولی به طور روزافزونی در حال گسترش هستند. اگرچه بیشتر این سویه‌ها بی‌خطر و غیربیماری‌زا به شمار می‌روند،‌ اما ای کولی، به طور کلی، یک باکتری فرصت‌طلب محسوب می‌شود و برخی از سویه‌های آن می‌توانند بیماری‌های خطرناکی را در فرد ایجاد کنند. مورد دیگری که می‌بایست به آن توجه داشت این است که برخی از این سویه‌های بیماری‌زا، در مقابل آنتی‌بیوتیک‌های رایج،‌ مقاوم شده‌اند.

خصوصیات باکتری اشرشیاکلی

ای کولای، عضوی از خانواده بزرگ انتروباکتریاسه است که جنس‌های متعدد باکتریایی، از جمله برخی از پاتوژن‌های معروف مثل سالمونلا، شیگلا و یرسینیا را در خود جای داده است. عبارت «انترو» از ریشه «انتریک» گرفته شده است و گویای این مطلب است که اعضای این خانواده با «روده» و «مدفوع» در ارتباط هستند.

تکثیر ای کولی

مانند باکتری‌های دیگر،‌ تکثیر رویشی و غیرجنسی ای کولی نیز با تقسیم دوتایی انجام می‌شود. علاوه بر این،‌ وجود فاکتور F - فاکتور باروری یا جنسی - به باکتری، این امکان را می‌دهد که طی فرایند «هم‌یوغی» (Conjugation) ماده ژنتیکی خود را به ای کولای دیگر منتقل کند.

ای کولی می‌تواند مدتی بیرون از بدن میزبان، زنده بماند. اما پاستوریزه کردن یا جوشاندن مواد، به سادگی موجب غیرفعال‌سازی تمامی باکتری‌های فعال، خواهد شد. از آنجا که ای‌کولی نمی‌تواند اسپور تشکیل دهد، نیازی به استریلیزه کردن ماده حاوی آن نیست.

سویه های ای کولی

سویه‌های مختلف ای کولی در بدن حیوانات مختلف، زندگی می‌کنند. از این ویژگی می‌توان برای شناسایی منشا آب آلوده بهره گرفت.

• کودکان خردسال
• بیماران یا افرادی که به تازگی یک بیماری را پشت سر گذاشته‌اند
• بیماران خاص

سویه $$O157:H7$$

اصول نام گذاری سویه‌ها

ترکیب اعداد و حروف موجود در نام سویه‌های باکتریایی، بیانگر ویژگی‌های شاخصی هستند که بر روی سطح سلول باکتری دیده می‌شوند و به تفکیک آن از دیگر سویه‌ها کمک می‌کنند. این ویژگی‌ها در سه دسته کلی قرار می‌گیرند:

• گروه «O»: آنتی‌ژن‌های سوماتیک موجود در دیواره لیپوپلی ساکاریدی (LPS). این گروه از جنس پلی ساکارید و نسبت به گرما مقاوم هستند.
• گروه «H»: آنتی‌ژن‌های موجود در تاژک. این گروه از جنس پروتئین و به گرما حساس هستند.
• گروه «K»: آنتی‌ژن‌های موجود در کپسول. این گروه از جنس پلی ساکارید، اما نسبت به گرما حساس هستند.

در هر گروه، شماره آنتی‌ژن مربوط، با یک عدد مشخص شده است. در مورد $$O157:H7$$، حروف O و H به ترتیب، وجود دو آنتی‌ژن به همین نام‌ها را در سطح این سویه نشان می‌دهند.

تشخیص باکتری اشرشیاکلی

تشخیص ای کولی،‌ تنها راه مطمئن در درمان بیماری‌های ناشی از آن است. به علاوه، با تشخیص و حتی گاهی شمارش تعداد سلول‌های باکتری، می‌توان شدت آلودگی مدفوعی آب را تخمین زد و راهکارهای موثرتری را پیشنهاد کرد. به دلیل اهمیت تشخیص صحیح ای. کولی، راهکارهای مختلفی برای آن ارائه شده است.

فیلم آموزش میکروبیولوژی 1 در فرادرس

کلیک کنید

جداسازی کولی فرم‌ها در محیط مک کانکی (MAC)

کافیست یک مخلوط باکتری را در محیط موسوم به «مک-کانکی» (Mac-Conkey) کشت و آن را به مدت 48 ساعت در دمای 37 درجه سانتیگراد قرار دهید (به این عمل انکوباسیون می‌گویند). این محیط، حاوی لاکتوز و پپتون است و در صورت وجود کولی‌فرم‌ها در مخلوط، پس از ۴۸ ساعت، گاز دی اکسید کربن در محیط آزاد خواهد شد. برای شناسایی سویه $$O157:H7$$، نمونه مدفوع در پلیت حاوی مک‌کانکی- سوربیتول آگار کشت داده می‌شود.

به طور کلی، شمارش تعداد سلول‌های ای کولی در نمونه، مبتنی بر روش «محتمل‌ترین تعداد» (Most Probable Number) است که با حروف اختصاری MPN نشان داده می‌شود.

جداسازی دقیق‌ کولی فرم‌ ها در محیط EMB

برای جداسازی بیشتر کولی‌فرم‌ها، آنها را در پلیت حاوی محیط «لاکتوز- پپتون- ائوزین- متیل بلو» (EMB) کشت می‌دهند و به مدت 48 ساعت در دمای 37 درجه سانتیگراد انکوبه می‌کنند. در این شرایط، ای کولی، کلونی‌های برجسته سرمه‌ای‌رنگی با درخشش سبز متالیک ایجاد خواهد کرد، در حالیکه انتروباکترها با تشکیل کلونی‌های کوچک قرمزرنگ، قابل تفکیک هستند.

• تست ایندول: تولید ایندول از تریپتوفان
• تست متیل رد: تولید شدید اسید که منجر به ایجاد رنگ قرمز در حضور معرف متیل سرخ می‌شود.
• تست وُگس- پروسکوئر: تولید استوئین
• تست سیترات: استفاده از سیترات به عنوان تنها منبع کربن

در مورد سویه‌های مختلف ای کولی، دو مورد اول این تست و در مورد گونه انتروباکتر ائروژنز، دو مورد آخر آن، مثبت خواهند بود.

ای کولی و بیماری‌زایی

همانطور که گفتیم،‌ سویه $$O157:H7$$، سمی تولید می‌کند که می‌تواند منجر به بروز بیماری‌های خطرناکی شود. این سویه، یکی از اصلی‌ترین عوامل ایجاد مسمویت‌های غذایی به شمار می‌رود. سویه‌های مختلف ای کولی می‌توانند هم در روده کوچک و هم در بخش‌های دیگر بدن، عفونت ایجاد کنند. بخشی از بیماری‌های ناشی از این عفونت‌ها عبارتند از:

• عفونت‌های دستگاه گوارش
• مننژیت (التهاب پرده مغزی)
• پریتونیت (التهاب صفاق)
• ماستیت (التهاب پستان)
• سپتیس (گندِ خونی)
• نومونیای (التهاب ریه) گرم- منفی

عواملی مانند انواع جراحی‌ها و زخم‌های ناشی از پارگی، ممکن است سوراخ‌هایی را در روده کوچک ایجاد کنند. اگر ای کولی بتواند از طریق این منافذ، از روده خارج شود و خود را به حفره شکمی برساند، معمولا موجب بروز پریتونیت می‌شود که در صورت عدم درمان فوری، منجر به مرگ بیمار خواهد شد.

سرایت ای کولی

گاوها منبع اصلی عفونت‌های ای کولی $$O157$$ هستند چراکه این سویه برای آن‌ها و همچنین بز، گوسفند و گوزن،‌ بیماری‌زا نیست و به عنوان یک فلور طبیعی در روده این حیوانات زندگی می‌کند. به این ترتیب می‌توان گوشت نیم‌پز و آلوده گاو را اولین عامل در ایجاد بیماری‌های ناشی از $$O157$$ دانست. ‌کودهای حیوانی نیز منبع دیگر این آلودگی به شمار می‌روند.

فیلم آموزش میکروبیولوژی پزشکی در فرادرس

کلیک کنید

وقتی پروتئین‌های باکتری برای میزبان، سمی نباشد، پاسخ ایمنی را تحریک نمی‌کند و به این ترتیب، می‌تواند به زندگی در بدن میزبان ادامه دهد و از فردی به فرد دیگر منتقل شود. این دقیقا همان چیزی است که در زمین‌های کشاورزی، دامداری‌ها و نمایشگاه‌های حیوانات خانگی رخ می‌دهد.

به طور کلی می‌توان گفت مصرف مواد غذایی آلوده در قالب غذاهای تخمیری و نیم‌پزی مانند «سالامی» ، جوانه‌ها، سبزیجات دارای برگ‌های پهن مثل کاهو و اسفناج، عوامل اصلی ابتلا به عفونت باکتریایی $$O157$$ هستند. عفونت با $$O157$$ بسیار واگیردار است و تماس‌های فرد-به فرد در خانواده‌ها و مراکز نگهداری از کودکان نیز راه شناخته شده دیگری برای ابتلا به این باکتری به شمار می‌رود. علاوه بر این،‌ نوشیدن شیر خام و آبمیوه آلوده و شنا در آب آلوده نیز ممکن است موجب ایجاد این عفونت باکتریایی شوند.

شواهدی وجود دارند که هر دو نوع مگس‌های مقیم زمین‌های کشاورزی - که از فضولات دامی تغذیه می‌کنند - و مگس‌های خانگی می‌توانند عامل سرایت برخی از سویه‌های ای کولی، به ویژه $$O157:H7$$ باشند. حتی مگس‌های سرکه نیز ممکن است بواسطه انتقال این باکتری به میوه‌های ترک‌خورده و آسیب‌دیده، ‌موجب سرایت آنها به انسان شوند. ذرات گرد و غبار معلق در هوا نیز،‌ یکی دیگر از عوامل انتقال این باکتری‌ها به شمار می‌روند.

ای کولی و عفونت های دستگاه گوارش

باکتری‌های ای کولی روده‌ای، بر اساس ویژگی‌های بیماری‌زایی خود، در گروه‌های زیر جای می‌گیرند:

• انتروتوکسیژنیک (ETEC): عامل اصلی اسهال در انسان، خوک، گوسفند، بز، گاو، سگ و اسب
• انتروپاتوژنیک (EPEC): عامل اصلی اسهال در انسان، خرگوش، گربه، سگ و اسب
• انتروانویسیو (EIEC): تنها در انسان یافت می‌شود.
• وروتوکسیژنیک (VTEC): در خوک، گاو، سگ و گربه یافت می‌شود.
• انتروهموراژیک (EHEC): در انسان، گاو و بز یافت می‌شود.
• سویه‌های مهاجم خوک، که به روشی مشابه سویه‌های EPEC انسانی به حفره شکمی این حیوان حمله می‌کنند.
• انترواگرِگتیو (EAggEC): تنها در انسان یافت می‌شود.

گفتیم که بعضی از سویه‌های ای کولی، از جمله $$O157:H7$$ و $$O104:H21$$ سمی هستند و ترکیبی را تولید می‌کنند که بسیار مشابه مورد مشاهده شده در اسهال خونی است. این سویه‌ها عامل مسمویت غذایی هستند که در اثر مصرف پنیر و گوشت آلوده ایجاد می‌شود. این آلودگی ممکن است در حین یا کمی پس از فرایند ذبح،‌ در طول فرایند نگهداری یا عرضه گوشت در فروشگاه‌ها رخ دهد. بنابراین، یک راه آسان برای مصرف گوشت مشکوک، پختن کامل آن است.

در ششم اکتبر سال 2006، به طور همزمان، 199 نفر در 26 ایالت آمریکا، با سطوح مختلفی از علائم عفونت باکتریایی به مراکز درمانی مراجعه کردند. این علائم در مورد کودکان، سالمندان و افراد دارای سیستم ایمنی ضعیف شده، بسیار شدید بود. اما در اغلب افراد بالغ سالم، تنها نشانه‌های خفیف گوارشی دیده می‌شد. از این تعداد، 102 نفر (51٪) بستری و 31 نفر (16٪) به نارسایی کلیه موسوم به «سندرم همولیتیک- اورمیک» (HUS) دچار شدند. گزارش‌ها حاکی از آن بود که علت مسمومیت همه این افراد، مصرف اسفناج آلوده به $$O157:H7$$ بوده است.

ای کولی و انتروتوکسین ها

دو نوع انتروتوکسین در ای کولی ساخته می‌شود. نوع دوم، که آن را با حروف اختصاری LT نشان می‌دهند، در برابر گرما ناپایدار است و از نظر شکل ساختاری و عملکرد،‌ تشابه فراوانی با سم «کُلِرا» - وبا - دارد. این سم، شامل یک زیرواحد A و پنج زیرواحد B است که به صورت یک هالوتوکسین فعال،‌ مجتمع می‌شوند. زیرواحدهای B وظیفه اتصال سم به درون سلول‌های روده را بر عهده دارند. پس از ورود به سلول هدف، زیرواحد A وارد عمل و پس از شکسته شدن، مانع جذب آب توسط سلول می‌شود. پیامد این اتفاق، اسهال است.

ای کولی و تولید آمیلوئید

ای کولی و عفونت دستگاه دفع ادرار (UTI)

عفونت و کیست در بخش‌های انتهایی دستگاه‌های تناسلی و دفع ادرار، تقریبا همیشه در اثر ورود عامل بیماری‌زا از منافذ خروجی آنها رخ می‌دهد، که در بخش‌های پایینی این دستگاه‌ها قرار دارند. بنابراین عفونت از بخش پایین‌تر به بخش‌های بالاتر سرایت خواهد کرد. چنین عفونت‌هایی «صعودی» (Ascending) نام دارند.

بسیاری از موارد عفونت دستگاه دفع ادرار در زنان، خوش‌خیم هستند و نیازی به آزمایش یا درمان‌های پیچیده ندارند. اما در صورت بروز در نوزادان دختر، باید با عکس‌برداری از مجرای دفع ادرار، از وجود یا نبود هرگونه آنومالی (غیر طبیعی بودن) مادرزادی در آنها اطمینان حاصل کرد. این امر در مورد مردان نیز صدق می‌کند و می‌بایست آزمایش‌های تکمیلی بر روی فرد بیمار انجام شود.

ای کولی و سندروم اورمیک هموراژیک (HUS)

سویه $$O157:H7$$، در برخی از افراد، موجب ایجاد « سندروم اورمیک هموراژیک» (Hemorrhagic Uremic Syndrome) می‌شود که به شدت خطرناک و حتی کشنده است. نشانه‌های مهم این بیماری عبارتند از:

• آنمی همولیتیک (Hemolytic Anemia): کاهش تعداد گلبول‌های قرمز خون
• ترومبوسیتوپنی (Thrombocytopenia): کاهش تعداد پلاکت‌های خون
• نارسایی کلیه (Renal Failure)

تقریبا ۸٪ افرادی که بر اثر اسهال شدید در بیمارستان بستری می‌شوند، دچار سندروم HUS خواهند شد. در آمریکا، این سندروم، اصلی‌ترین عامل نارسایی کلیه در بین کودکان است و در بیشتر موارد، بر اثر آلودگی به $$O157:H7$$ ایجاد می‌شود.

درمان عفونت های ای کولی

فیلم آموزش میکروبیولوژی 1

کلیک کنید

• درمان آنتی‌بیوتیکی
• فاژدرمانی
• واکسن

درمان مناسب عفونت ناشی از ای کولی به نوع بیماری ایجاد شده بستگی دارد و می‌بایست، پیش از آغاز درمان،‌ به کمک تست‌های آزمایشگاهی از موثر بودن آن بر روی سویه بیماری‌زا اطمینان حاصل کرد. می‌دانیم که ای کولی، یک باکتری گرم-منفی است. بنابراین نمی‌توان از داروهای رایج در عفونت‌های ناشی از باکتر‌های گرم- مثبت، برای درمان آن استفاده کرد. چند مورد از آنتی‌بیوتیک‌های رایج در درمان ای. کولی عبارتند از:

• آموکسی‌سیلین و دیگر پنی‌سیلین‌های نیمه سنتزی
• بسیاری از سفالوسپورین‌ها
• کرباپنم‌ها
• آزترئونام
• تریمتوپریم-سولفامتوکسازول
• سیپروفلوکساسین
• نیتروفورانتوئین
• آمینوگلیکوزیدها

هریک از این داروها برای درمان نوع خاصی از عفونت با ای. کولی طراحی شده‌‌اند و نمی‌توان آن‌ها را به جای یکدیگر به کار برد.

مقاومت آنتی بیوتیکی در ای کولی

یک مشکل روزافزون در مورد ای. کولی و بسیاری از باکتری‌های دیگر، بروز مقاومت آنتی‌بیوتیکی در این ریزسازواره‌هاست. بخشی از این مشکل، در اثر مصرف بیش از حد آنتی‌بیوتیک توسط انسان به وجود آمده است. اما بخش دیگر را می‌توان یکی از عواقب استفاده از این ترکیبات، به عنوان محرک‌های رشد در غذای حیوانات دانست. در سال‌های اخیر،‌ مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌های مبتنی بر «بتالاکتام»، به طور چشمگیری افزایش یافته است تا جایی که می‌توان گفت، تقریبا تمامی سویه‌های مولد بتالاکتاماز، به پنی‌سیلین و سفالوسپورین‌ها مقاوم شده‌اند.