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ⓘ Escherichia coli




Escherichia coli
                                     

ⓘ Escherichia coli

Escherichia coli – abbreviato E. coli – è un batterio Gram-negativo ed è la specie più nota del genere Escherichia: se ne distinguono almeno 171 sierotipi, ognuno con una diversa combinazione degli antigeni O, H, K, F. Il nome deriva dal suo scopritore, il tedesco-austriaco Theodor Escherich. Appartiene al gruppo degli enterobatteri ed è usato come organismo modello dei batteri.

È una delle specie principali di batteri che vivono nella parte inferiore dellintestino di animali a sangue caldo uccelli e mammiferi, incluso luomo. Sono necessari per la digestione corretta del cibo. La sua presenza nei corpi idrici segnala la presenza di condizioni di fecalizzazione è il principale indicatore di contaminazione fecale, insieme con gli enterococchi. Il numero di cellule di E. coli nelle feci che un umano espelle in un giorno va da 10 a 100 milioni di unità formanti colonia UFC per grammo di feci. Il genere Escherichia, insieme ad altri generi, viene raggruppato sotto il nome di coliformi. Tecnicamente il "gruppo dei coliformi" comprende batteri aerobi e anaerobi non sporigeni.

Nel gruppo dei coliformi la specie Escherichia coli è ampiamente rappresentata ed è in esclusivo rapporto col tratto gastrointestinale delluomo e degli altri animali a sangue caldo, a differenza dei microrganismi appartenenti a diversi generi, tra cui Enterobacter, Klebsiella e Citrobacter che si caratterizzano per una potenziale capacità di ricrescita una volta pervenuti nellambiente. La specie Escherichia coli è un microrganismo a forma di bastoncello, gram-negativo, aerobio e anaerobio facoltativo, non sporigeno, che cresce alla temperatura di 44.5 °C, lattosio-fermentante, indolo-positivo in terreni contenenti triptofano, beta-D-glucuronidasi-positivo. In letteratura, la presenza di questo enzima è stata evidenziata nel 94-99.5 % dei biotipi di Escherichia coli, con leccezione dei sierotipi O157:H7. Alcuni ceppi di Escherichia coli enterotossigeni possono portare alla cosiddetta "diarrea del viaggiatore".

                                     

1. Contaminazione delle acque

Nelle acque destinate al consumo umano, nelle acque di fonti termali, nelle acque adibite alla balneazione e in altri tipi di matrici per es. alimenti, cosmetici è prescritta lassenza di Escherichia coli in quanto indicatore primario di contaminazione fecale. La mancata rispondenza al valore parametrico stabilito costituisce una non-conformità del prodotto Per la sua ricerca nellambiente sono stati elaborati, negli anni più recenti, metodi basati sullattività enzimatica della beta-D-glucuronidasi Saggio GUS, evidenziabile dallidrolisi di beta-glucuronidi cromogeni o fluorogeni con rilascio di composti colorati o fluorescenti; o, allo stesso modo, si usa lX-gal, facendo leva sullenzima beta-galattosidasi. Queste caratteristiche, eliminando spesso la necessità di svolgere prove di conferma, permettono di ottenere risultati in tempi più rapidi e di giungere con maggiore accuratezza alla determinazione del microrganismo ricercato.

                                     

2. Ruolo in patologia

Anche se rappresenta un comune simbionte dellintestino e ha un ruolo nel processo digestivo, ci sono situazioni in cui E. coli può provocare malattie nelluomo e negli animali. Alcuni ceppi di E. coli sono lagente eziologico di malattie intestinali ed extra-intestinali, come infezioni del tratto urinario, meningite, peritonite, setticemia e polmonite. Alcuni ceppi di E. coli sono tossigenici, producono cioè tossine che possono essere causa di diarrea. La dissenteria da E. coli è una comune tossinfezione alimentare, poiché viene contratta principalmente da alimenti contaminati. La contaminazione può avvenire da carni infette non adeguatamente cotte, da latte non pastorizzato e formaggi derivati, e da altri alimenti contaminati da feci. E. coli produce quattro tipi di tossine che si distinguono, per la diversa sensibilità al trattamento termico, in termolabile e termostabile, e per lazione tossigena tossine shiga e tossine emolitiche, HlyA.

La tossina termolabile, denominata LT, è molto simile nella struttura e nelle funzioni alla tossina del colera. Contiene una subunità A e cinque subunità B in unolotossina. Le subunità B contribuiscono alladerenza e allentrata della tossina nelle cellule intestinali dellospite, dove la subunità A stimola le cellule a rilasciare acqua, provocando diarrea.

                                     

2.1. Ruolo in patologia Sepsi

E. coli è il batterio più comune isolato nelle emocolture nei casi di batteriemia; la colonizzazione del torrente ematico può avvenire a causa di traumi intestinali, tumori del colon e del tenue. Le scarse misure igieniche nel posizionamento di cateteri o di accessi venosi centrali sono comuni cause di batteriemie da E. coli.

                                     

2.2. Ruolo in patologia Meningite

E. coli, soprattutto il sierotipo K1, è il principale isolato insieme con gli streptococchi di gruppo B nelle emocolture di bambini con età inferiore a 5 anni affetti da meningite.

                                     

2.3. Ruolo in patologia Ceppi responsabili di gastroenteriti

Un "ceppo" di E. coli è un gruppo con caratteristiche particolari in grado di renderlo riconoscibile da altri ceppi di E. coli, analogamente a come si riescono a distinguere cani appartenenti a razze diverse. Diversi ceppi di E. coli vivono in differenti specie animali, così è possibile stabilire se il materiale fecale nelle acque proviene, ad esempio, da uomini o da uccelli.

Nuovi ceppi di E. coli sorgono continuamente dal processo biologico naturale della mutazione, e alcuni di questi ceppi hanno caratteristiche che possono essere nocive per un animale ospite. Sebbene nella maggior parte degli umani adulti un ceppo patogeno non provocherebbe probabilmente altro che diarrea, e potrebbe non dare alcun sintomo, in bambini piccoli o in persone malate o debilitate da malattie recenti, o in persone sotto particolari cure, un nuovo ceppo potrebbe provocare malattie serie e persino la morte. Un esempio di ceppo particolarmente virulento di E. coli è E.coli O157:H7.



                                     

2.4. Ruolo in patologia UPEC

Le infezioni del tratto urinario UTI rappresentano una delle più comuni infezioni causate da batteri in grado di risalire luretra fino alla vescica. Linfezione della vescica prende il nome di cistite. Se linfezione batterica diffonde ai reni e agli ureteri, si parla di pielonefrite. La cistite è considerata uninfezione delle basse vie urinarie, la pielonefrite interessa le alte vie urinarie ed è più grave. I ceppi di E. coli uropatogeni UPEC sono responsabili di circa il 90% delle cistiti non complicate acquisite in comunità. Nel primo stadio del processo infettivo, le fimbrie rappresentano il fattore adesivo che consente a E. coli di aderire alle cellule uro-epiteliali. Alcuni studi hanno suggerito che il consumo di prodotti a base di mirtillo Vaccinium macrocarpon sono utili nella prevenzione delle infezioni del tratto urinario. Le proantocianidine presenti nel mirtillo contengono legami di tipo A e sono responsabili dellazione preventiva nei confronti delladesione dei ceppi di E. coli, che posseggono fimbrie di tipo P, alle cellule uro-epiteliali.



                                     

2.5. Ruolo in patologia EPEC

L E. coli enteropatogeno EPEC fu il primo patogeno associato con la malattia diarroica ed è tuttora una causa importante nei pazienti in età pediatrica. La tipizzazione sierologica degli antigeni O non risulta utile nel caso di EPEC. La malattia è causata dal fatto che questi ceppi sono in grado di aderire allepitelio dellintestino tenue e di interferire con lassorbimento delle sostanze; questo provoca la formazione di un ambiente iperosmolare nel lume dellintestino, un conseguente richiamo dacqua e, infine, la diarrea. Il quadro di adesione allepitelio e la distruzione dei microvilli giustifica la definizione di istopatologia A/E attachment/effacement. I ceppi di E. coli che esprimono bfp possono stabilire dei blandi legami con la tonaca mucosa, consentendo al sistema di secrezione di tipo 3 di installare sulla membrana degli enterociti il recettore traslocato per lintimina. Questultimo permette il legame tenace di E. coli, grazie all intimina espressa sulla membrana del batterio.

                                     

2.6. Ruolo in patologia ETEC

Questi ceppi E. coli enterotossigeno sono in grado di provocare gastroenteriti molto gravi, soprattutto nei viaggiatori e nelle persone che hanno ingerito cibi o liquidi contaminati da feci. Questi ceppi producono sia tossine labili al calore LT-1 e LT-2, sia tossine stabili al calore StA e Stb. LT-1 è formata da una subunità A e da cinque subunità B ; queste ultime sono in grado di legare un ganglioside con un residuo di acido sialico GM1 particolarmente espresso dagli enterociti. Il legame promuove linternalizzazione della subunità A, una proteina con attività ADP - ribosiltransferasica nei confronti di una proteina G stimolatoria, in grado di attivare ladenilato ciclasi. Gli elevati livelli di amp ciclico, portano a un rapido rilascio dei soluti nel lume intestinale; questi richiamano acqua e il quadro clinico connesso è la diarrea. Analogamente a LT-1, StA lega GM1; tuttavia la sua attività influenza la guanilato ciclasi e non ladenilato ciclasi. Si noti come lattività di LT-1 assomigli allattività della tossina di Vibrio cholerae ; tuttavia, LT-1 ha unattività molto minore. I geni che codificano per LT-1 e per StA si trovano in un plasmide associati ai geni che codificano per AAF/1, AAF/2 e AAF/3, importanti fattori di adesione in grado di garantire una colonizzazione più duratura dei ceppi ETEC i fattori di virulenza sono quindi trasmissibili. Negli USA vengono registrati circa 80.000 casi lanno.

                                     

2.7. Ruolo in patologia EHEC

I ceppi di E. coli enteroemorragico sono i principali responsabili di malattia nei paesi industrializzati. Si calcola che questi batteri causino circa 73.000 casi dinfezione e quasi 60 morti ogni anno negli USA. Circa 50 sierotipi causano malattia; tuttavia il sierogruppo principalmente responsabile è O157:H7. Lingestione di meno di 100 bacilli può causare la malattia; questa è stata associata al consumo di carne di manzo o pollo non ben cotta, di latte non pastorizzato, di succhi di frutta contaminati ad esempio da feci bovine e di verdura cruda.

La malattia si manifesta a carico dellintestino crasso dopo un periodo di incubazione di 3-4 giorni durante i quali comincia a comparire una diarrea non sanguinolenta. Circa al terzo giorno compaiono forti dolori addominali accompagnati da diarrea sanguinolenta. I ceppi EHEC sono in grado di promuovere unistopatologia A/E vedi EPEC e di secernere la tossina Stx-1 identica alla tossina di Shigella insieme con la tossina Stx-2 60% di analogia alla tossina di Shigella.

Entrambe le tossine sono codificate da fagi lisogeni e hanno una subunità A e cinque subunità B, in grado di legarsi al globotriaosilceramide o Gb3. Il legame con questo recettore promuove linternalizzazione della subunità A nellenterocita; questa è in grado di legarsi al frammento di RNA ribosomiale 28s, bloccando la sintesi proteica. La distruzione degli enterociti, accompagnata da una diminuzione della capacità di assorbimento, comporta la presenza di una diarrea molto liquida e sanguinolenta. La produzione di Stx-2 si associa spesso nel 10% dei ragazzi con diarrea da EHEC alla sindrome emolitico-uremica HUS in inglese o SEU in italiano, caratterizzata da:

  • Insufficienza renale acuta
  • Microangiopatia
  • Anemia emolitica
  • Trombocitopenia

Infatti Stx-2 è in grado di legarsi con maggior affinità al Gb3 espresso dalle cellule renali, provocandone la distruzione. Inoltre le tossine Stx sono in grado di stimolare la produzione di TNF-α e interleuchina-6 che, oltre a sostenere il quadro infiammatorio, promuovono lesposizione di Gb3. E. coli O157:H7, al contrario degli altri sierotipi, non fermenta il sorbitolo ; questo permette lidentificazione nei terreni agar Mac Conkey contenenti sorbitolo si valutano le colonie che mancano dellattività fermentativa.

Tuttavia lesame colturale deve essere affiancato dallidentificazione delle tossine mediante test immunoenzimatici commerciali. I ceppi O124, O143 e O164 E. coli enteroinvasivi, strettamente simili a Shigella, sono in grado provocare diarrea sanguinolenta sono inoltre presenti leucociti, crampi addominali e febbre. Una serie di geni espressi in un plasmide, denominati pInv, codificano per una serie di proteine di membrana in grado di promuovere la fagocitosi e la lisi intracellulare del vacuolo fagocitico, con proliferazione del batterio allinterno del citoplasma degli enterociti dellintestino crasso.Questo comporta depolimerizzazione dellactina come listeria, lisi cellulare ed emorragia. I quadri più gravi evolvono in ulcerazioni dellintestino.

                                     

2.8. Ruolo in patologia EAEC

E. coli enteroaggreganti sono coinvolti in una diarrea acquosa persistente nei viaggiatori e negli infanti dei paesi in via di sviluppo. Questi ceppi esprimono sia Bfp sia AAF/1, AAF/2 e AAF/3 tutti codificati da un plasmide, fattori di adesione in grado di promuovere la colonizzazione dellintestino tenue, con stimolazione della produzione di muco. Questo forma un biofilm in grado di isolare e aggregare i batteri. In seguito allaggregazione si ha riduzione della lunghezza dei microvilli, infiltrazione mononucleata ed emorragia.

                                     

2.9. Ruolo in patologia DAEC

E. coli diffusamente aderenti provocano una diarrea acquosa benigna nei bambini di età compresa tra 1 e 5 anni. Il quadro è provocato da un allungamento dei microvilli degli enterociti dellintestino tenue, con inglobamento dei batteri negli enterociti.

                                     

3. Uso in biotecnologie

Trattandosi di un batterio molto studiato e con DNA facilmente modificabile è molto utilizzato in processi biotecnologici, cioè di reingegnerizzazione del DNA con linserimento di DNA di altri batteri per ottenere organismi non presenti e non ottenibili in natura, allo scopo di produzione di sostanze con processi biotecnologici.