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SLTEC ANDERER ART ALS O157 : H7 IN CHINA

E. coli O157 : H7 ist in China bisher nicht als großes Problem für die öffentliche Gesundheit erkannt worden. STEC scheint jedoch ernst zu sein. In klinischen oder bakteriologischen Labors des öffentlichen Gesundheitswesens wurden bisher nur EPEC, ETEC und EIEC mit Hilfe von Serotypisierungsverfahren diagnostiziert. Dennoch wurde nicht selten festgestellt, dass fast reine E. coli-Kulturen auftraten und neue E. coli-Varietäten aus bestimmten Stuhlproben von Durchfallpatienten isoliert wurden, die mit den verfügbaren Typenera nicht serotypisiert werden konnten. Die Frage, ob sie als pathogene E. coli anerkannt werden sollten oder nicht, steht noch im Raum. Wir nahmen an, dass einige dieser als E. coli isolierten Stämme pathogener Natur sein könnten, die aufgrund fehlender geeigneter Identifizierungstechniken übersehen worden waren. Um diese Hypothese zu überprüfen, sammelten wir in den Jahren 1988 bis 1990 in Peking 174 benannte nicht-pathogene E. coli-Stämme und wiesen sie mit DNA-Sonden nach. Die DNA-Sonden deckten fast alle berichteten Virulenzgene ab, wie hitzestabiles Toxin (ST), hitzelabiles Toxin (LT), EPEC-Adhärenzfaktor (EAF), diffuses Adhärenzgen (DA), EHEC-spezifische Sonde pCVD419, EAggEC-spezifische Sonde, 2.5 Kb spezifische Sonde für invasive Plasmide (INV) von EIEC- und Shigella-Spezies, shig a-ähnliches Toxin 1 oder 2 (SLT1 oder SLT2), EPEC attaching and effacing genes (eae). Es wurde festgestellt, dass 59,3 % der getesteten Stämme mit mindestens einer der verwendeten Sonden hybridisierten, wobei ein höherer Prozentsatz (29,7 %) der E. coli-Stämme mit SLT2- und INV-Sonden hybridisierte.

Im Allgemeinen hybridisieren EHEC-Stämme und einige EPEC-Stämme mit SLT1- und/oder SLT2-Sonden. Bei der INV-Sonde handelt es sich um ein 2,5-Kb-Fragment, das aus dem invasiven Plasmid von S.flexneri 2a stammt und als spezifisches Diagnoseinstrument für Shigella-Arten und EIEC-Stämme verwendet wird. Das Fragment wurde anschließend sequenziert und als invasiver assoziierter Locus (ial) bezeichnet. Es wurde jedoch festgestellt, dass keine der bekannten EIEC- oder Shigella flexneria-Arten mit SLT-Sonden hybridisieren. Um die Beziehung zwischen EIEC und einigen unserer isolierten Stämme zu klären, wurden die invasiven Plasmid-Antigene BCD (ipaBCD), die Schlüsselgene für die Invasionsfähigkeit von EIEC und Shigella, durch PCR synthetisiert, mit Digoxin markiert und als Sonden verwendet. Das Fehlen von DNA-Hybridisierungssignalen deutete auf das Fehlen von ipaBCD-Genen in E. coli F171 hin. Wir fanden auch heraus, dass E. coli F171 bei Meerschweinchen keine Keratokonjunktivitis hervorrufen konnte. Der Sereny-Test wurde als kritischer Marker für die Virulenz von EIEC- und Shigella-Spezies verwendet. Der HEp-2-Zelltest zeigte jedoch, dass E. coli F171 in der Lage ist, in die Epithelzellen einzudringen. Die Daten deuten darauf hin, dass sich die Gene, die für die Invasionsfähigkeit von E. coli-F171 kodieren, von denen der EIEC unterscheiden, so dass E. coli F171 nicht zu den EIEC gehört.

Die Anhaftung von Bakterien an Epithelzellen ist als Virulenzmerkmal von Darmpathogenen anerkannt. Es wurden drei Adhärenzmuster definiert, nämlich lokalisierte Adhärenz, diffuse Adhärenz und aggregative Adhärenz. Viele unserer E. coli-Stämme, die mit SLT2- und INV-DNA-Sonden hybridisiert wurden, zeigten ein aggregatives Adhärenzmuster an HEp-2-Zellen. Keiner von ihnen wurde jedoch mit einer EAggEC-spezifischen Sonde hybridisiert, die von den Genen abgeleitet wurde, die für den EAggEC-Adhärenzfaktor I (EAF/I) kodieren, und die als Identifikationsmarker für EAggEC verwendet wurde. Das aggregative Adhärenzmuster an HEp-2-Zellen ist das charakteristische Merkmal der EAggEC-Stämme. Unter dem Elektronenmikroskop wurde eine einzigartige Art von Fimbrien auf der Oberfläche der Zellen von E. coli F171 beobachtet. Die Untereinheiten des Fimbrienproteins hatten eine Größe von 19KDa, und die Gene, die für die Fimbrien kodieren, befanden sich auf einem 60 MDa-Plasmid. E. coli HB101-Zellen, die die klonierten Gene enthielten, waren in der Lage, an HEp-2-Zellen zu haften. Die Analyse der N-terminalen Aminosäuresequenz zeigte, dass E. coli F171 einzigartige Merkmale aufweist.

Die Shiga-ähnlichen Toxine wurden als Virulenzfaktoren für E. coli-Stämme nachgewiesen, die HC und HUS verursachen können. Viele der EPEC- und EHEC-Stämme enthalten Gene für SLT1 oder SLT2. Die Fähigkeit von E. coli F171, Toxine zu produzieren, wurde mit dem Vero-Zell-Assay untersucht, der ursprünglich für die Untersuchung von SLTs verwendet wurde, da E. coli F171 mit einer SLT2-Sonde hybridisiert wurde. Sowohl das Zellkulturfiltrat als auch eine rohe Toxinzubereitung von E. coli F171 erwiesen sich als toxisch für Vero-Zellen. Die Toxizität von E. coli F171 für Vero-Zellen konnte nicht durch SLT2-Antikörper neutralisiert werden. Die Hybridisierung von E. coli F171 mit der SLT2-Sonde deutet darauf hin, dass es ein zum SLT2-Gen homologes DNA-Fragment oder ein komplettes SLT2-Gen besitzt.

Die Invasivität, die Toxinproduktionsaktivität und die Fähigkeit zur Adhärenz an Epithelzellen wurden als Schlüsselmerkmale für EIEC, ETEC bzw. EAggEC beschrieben. E. coli F171 konnte an HEp-2-Zellen haften, in diese eindringen und Toxine produzieren. Er vereint viele Schlüsseleigenschaften von EIEC, EHEC, EPEC und EAggEC. Aufgrund der gewonnenen Daten scheint E. coli F171 eine neue Variante von STEC zu sein. Daher wurde die Bezeichnung enterische SLTs-produzierende und invasive E. coli (ESIEC) vorgeschlagen. Da 31,4 % der gesammelten E. coli-Stämme, die in unseren Studien getestet wurden, ähnliche Merkmale wie E. coli F171 aufwiesen, scheinen Infektionen, die vermutlich durch diese Art von pathogenen E. coli verursacht werden, ein wichtiges Problem der öffentlichen Gesundheit in China zu sein.

Um die Virulenz und Pathogenese beim Menschen zu bestätigen, wurde eine Studie an erwachsenen Freiwilligen durchgeführt. Bei oraler Aufnahme von 109-1010 koloniebildenden Einheiten (KBE) von E. coli F171 entwickelten alle 8 Freiwilligen Durchfall, 3 von 8 entwickelten hohes Fieber (39,8 °C). Die Inkubationszeit lag zwischen 7 und 49 Stunden. 3-6 Mal am Tag traten ungeformte Stühle auf. Das Stuhlvolumen von 4 Freiwilligen betrug über 1000 ml pro Tag. Bei 5 der 8 Probanden wurde eine Antibiotikatherapie durchgeführt. Bei der Kontrollgruppe, bestehend aus 4 Freiwilligen, die 109 KBE des nicht-pathogenen Stammes E. coli-HB101 zu sich nahmen, wurde kein Durchfall beobachtet. Typische klinische Symptome für ESIEC bei den Probanden waren Schüsselbewegung, Durchfall, allgemeine Bauchschmerzen, leichtes Fieber und ungeformter Stuhl. Es zeigte sich, dass der aufgenommene E. coli F171 bis zu 7 Tage lang kolonisieren und sich vermehren konnte. Bei der Untersuchung der Stuhlproben der Probanden wurde festgestellt, dass die Bakterien eine Menge von 2,74 × 1012 KBE erreichen konnten. Die aus den Stuhlproben der Probanden isolierten Stämme wurden durch ein spezifisches Antiserum bei Tieren als E. coli F171 bestätigt.

Obwohl die humanpathogene Natur von E. coli F171 erkannt wurde, sind die wichtigsten Virulenzfaktoren von ESIEC nicht im Detail untersucht worden. So ist beispielsweise der Pathogenitätsmechanismus von ESIEC noch nicht verstanden worden. Die „Pathogenitätsinsel“, die sich auf das große Chromosomensegment bezieht, das an der Pathogenität beteiligte Gene trägt, hat unser Verständnis der bakteriellen Pathogenese kürzlich revolutioniert. Der GC-Gehalt der Pathogenitätsinseln unterscheidet sich von dem des übrigen Wirtschromosoms, was darauf hindeutet, dass sie durch horizontalen Transfer zwischen verschiedenen Bakterien entstanden sein könnten. Die Zahl der gramnegativen Bakterienarten, von denen bekannt ist, dass sie Pathogenitätsinseln beherbergen, ist stetig gewachsen, darunter uropathogene E. coli (UPEC), EHEC, EPEC, Helicobacter pylori, Salmonella typhimurium und Vibrio cholerae. Man geht davon aus, dass es bei den nicht pathogenen E. coli keine Pathogenitätsinsel gibt. Wir müssen die Pathogenitätsinsel erforschen, um die medizinische Bedeutung von ESIEC zu bestätigen. Vor kurzem haben wir in vielen ESIEC-Stämmen ein irp2-Gen entdeckt. Das irp2-Gen ist an der Eisenaufnahme beteiligt und gilt als eines der Virulenzgene auf der High Pathogenicity Island (HPI) von Yersinia-Spezies. Dieses Gen wurde bei vielen Stämmen von adhärenten E. coli und bei aus Blut isolierten E. coli beobachtet, jedoch selten bei EPEC, EIEC oder ETEC. Bei EHEC-, Shigella- und Salmonella enterica-Stämmen wurde kein irp2-Gen gefunden. Es scheint, dass eine Pathogenitätsinsel in ESIEC existiert. Das HPI von Y. pestis ist unter den für den Menschen pathogenen Arten der Familie der Enterobacteriaceae verbreitet.