大肠杆菌：致病性、传播途径、流行病学、病原机制、诊断与防控全面解析
来源：武汉市灰藻生物科技有限公司 浏览量：3576 发布时间：2024-04-22 21:22:41
引言
大肠杆菌（E. coli）是一类重要的肠道微生物，其成员既有与宿主共生无害的非致病株，也有引发疾病的致病株。致病性E. coli是全球食物源性疾病的重要病因，特别是在发展中国家尤为突出。它们隶属于肠杆菌科的革兰氏阴性菌，不仅导致食物中毒，还与多种严重疾病相关，包括胃肠炎、痢疾、溶血性尿毒症综合征、尿路感染、败血症、肺炎和脑膜炎等。这些致病株通过其特有的毒力机制侵犯宿主，与作为正常肠道菌群的非致病株形成鲜明对比。
图1、大肠杆菌食物性中毒
致泻性大肠杆菌的分类
散发粘附性大肠杆菌（DAEC）
这些毒型基于各自的致病特征、毒力因子及其与宿主细胞的作用机制进行分类。每一类毒型均与特定疾病及毒素产生相关联。携带志贺毒素的大肠杆菌株（STEC）是独立的大肠杆菌株，虽不伴有其他毒力因子，但可导致出血性结肠炎。大肠杆菌常被用作研究细菌生理、代谢和遗传结构的模式生物，然而近年来大肠杆菌疫情的增多已成为重大关切问题。
大肠杆菌的特性
革兰氏阴性：细胞壁缺乏肽聚糖外层，呈紫色反应。
无芽孢形成能力：无法产生耐受恶劣环境的休眠体。
杆状形态：细胞外形呈直杆或稍弯的杆状。
带鞭毛：细胞表面具有用于运动的鞭毛结构。
好氧或兼性厌氧：能在有氧条件下生长，也能在无氧环境中进行发酵代谢。
生长温度范围宽：能在4至45摄氏度之间繁殖，适应力较强。
耐酸性：可在pH值低至3.6的环境下存活。
耐发酵与干燥过程：能够在食品发酵或干燥处理过程中存活下来，增加了其作为食品污染源的可能性。
大肠杆菌传播途径
肠道正常菌群与粪口传播：大肠杆菌是温血动物肠道内的正常菌群，主要通过粪口途径传播。
STEC的主要宿主：牛、羊、山羊、长颈鹿、骆驼、狗、猫和猪是产志贺毒素大肠杆菌（STEC）的主要储存宿主。
人类感染途径：人类通过饮用或食用被污染的水、水果、蔬菜、肉类（尤其是碎牛肉）和鱼类（淡水鱼和贝类）而感染。
果蔬污染途径：水果和蔬菜常因接触被污染的水和土壤，以及使用未经处理的粪肥作为生物肥料而受到污染。
肉类加工过程中的污染：在屠宰过程中，由于粪便接触、交叉污染以及食品加工过程中的不卫生条件，导致病原体频繁污染肉类。
人际与人畜直接接触传播：直接的人与动物接触或人与人接触也可能传播疾病。
大肠杆菌中毒流行性
总体病死率较低：流行病学数据显示，大肠杆菌感染的整体病死率低于1%，但若患者并发溶血性尿毒症综合征（HUS），则面临较高风险。
国际疫情报告：近年来，澳大利亚、阿根廷、丹麦、德国、意大利、瑞典、南非等国均有疫情报告。
典型疫情案例：
1996年日本堺市发生大规模疫情，逾7000人受影响。
英格兰和威尔士地区，381人感染VTEC O157，其中59人发展为HUS，14人死亡，其余患者住院治疗。
首次人类病原体引发疫情：1982年，STEC引发两次疫情，被认为是首例由人类病原体引起的大规模疫情。此次疫情由食用未充分烹煮的碎牛肉导致出血性结肠炎。
STEC关联后续疫情：此后，其他STEC血清型与多起食物源性疫情相关联。
季节性分布特点：北美和英国存在明显的季节性分布特征，主要发生在夏季和早秋，以学龄前儿童为主要易感人群。
关联食品种类：与疫情关联最密切的食物包括碎牛肉、生牛奶、酸奶、奶酪、腌制和发酵肉制品、未发酵苹果汁、生蔬菜和沙拉。
二次感染常见场所：家庭、医院、养老院、幼儿园、沐浴用水和游泳池等处，二次大肠杆菌感染情况较为普遍。
肠道致病性大肠杆菌的病原机制与症状
肠毒素性大肠杆菌（ETEC）
主要影响发展中国家的儿童和成人，产生热稳定肠毒素或热敏感肠毒素。
症状包括发热、腹痛、恶心和水样腹泻（类似霍乱弧菌感染，但症状较轻）。
对旅行者构成威胁，因旅行期间可能接触到被污染的水和食物，故又称“旅行者腹泻”。
通过纤毛或丝状物附着于上皮细胞，并产生热稳定或热敏感肠毒素。
热敏感肠毒素与霍乱毒素相似，永久激活腺苷酸环化酶，升高cAMP水平，导致电解质丢失和水样腹泻。
肠致病性大肠杆菌（EPEC）
主要感染婴儿和幼儿，主要在卫生条件较差的发展中国家和热带国家引发腹泻。
在婴儿和新生儿中具有较高的潜在死亡率。
同时影响农场动物、狗、猫、猪和兔。
症状包括腹泻、腹痛、呕吐、头痛、发热和寒战。
EPEC不产生类似ETEC的毒素，但部分菌株能侵入组织细胞并产生志贺毒素。
病原机制分三阶段：首先通过纤毛附着于宿主细胞；其次进行信号转导，使细胞附着形成病变，破坏微绒毛并形成杯状细胞骨架蛋白；最后，附着的EPEC改变宿主细胞骨架，影响线粒体功能，增加膜通透性，导致体内营养和离子丧失。
肠出血性大肠杆菌（EHEC）
引发血性腹泻，是导致出血性结肠炎爆发的主要病原体。
出血性结肠炎患者易并发溶血性尿毒症综合征（HUS），这是一种危及生命的疾病。
也产生志贺毒素，能破坏Vero细胞，因此又称“产志贺毒素大肠杆菌（VTEC）”。
病原机制第一步为定植于肠细胞，其附着和消蚀过程与EPEC相似。
损伤结肠血管，导致血性腹泻伴腹痛和呕吐。
可能出现急性肾衰竭、微血管病性溶血性贫血、血小板减少和溶血性尿毒症综合征等并发症。
肠侵袭性大肠杆菌（EIEC）
侵入上皮细胞并在细胞间扩散。
与志贺菌在基因和病理学上有关，引发水样腹泻和痢疾。
常见症状包括腹痛、大量水样腹泻和发热，部分患者出现痢疾和血性黏液腹泻。
通过由质粒基因编码的pINV介导侵入上皮细胞，pINV导致EIEC的肠毒性，破坏上皮细胞屏障功能。
肠聚集性大肠杆菌（EAEC）
症状与ETEC相似，导致儿童持续超过14天的腹泻。
典型症状为水样黏液腹泻、轻微发热但无呕吐。
以“堆叠砖块”模式附着于单层培养细胞。
聚集粘附纤毛I（AAF/I）有助于附着于Hep-2细胞和红细胞凝集。
产生细胞毒素，损害肠道粘膜，破坏宿主细胞细胞骨架结构。
散发粘附性大肠杆菌（DAEC）
通过由染色体或质粒编码的纤毛粘附素和侵袭因子介导的独特弥散附着模式。
引发水样腹泻，但健康成人的粪便样本中通常检测不到。
一些研究表明，与DAEC相关的腹泻可能与年龄有关。
大肠杆菌实验室诊断
培养基培养：大肠杆菌在含有维生素、矿物质和氮源等营养成分的培养基上生长。
常用快速增殖培养基：溶原性/鲁里亚肉汤、特级肉汤、超优化肉汤。
其他常用培养基：麦康凯琼脂、伊红美蓝琼脂、山梨醇麦康凯琼脂、胱氨酸乳糖电解质缺陷琼脂。
PCR检测：基于PCR技术的检测方法用于识别病原体的靶基因，具有高度敏感性。
实验室中使用的PCR技术：多重PCR、实时PCR，用于病原体的检测和鉴定。
大肠杆菌食物中毒的治疗与防控
治疗：大肠杆菌感染一般为自限性，但在严重病例中推荐使用抗生素治疗，否则可通过补液疗法和卧床休息缓解病情。
ETEC感染抗生素选择：环丙沙星、诺氟沙星、氧氟沙星。
防控措施：
适当选择、准备和储存食品。
食品从业人员应保持冷藏温度、烹饪和加热至适宜温度，以及个人卫生，避免交叉污染。
游客应保持卫生，避免可能污染的食品和水，饮用开水和充分烹煮的食品以预防感染。
屠宰动物前必须检查动物并检测是否存在EHEC。
总结
大肠杆菌作为一种广泛存在于肠道的微生物，其非致病株与人体共生无害，而致病株则是全球食物源性疾病的重要病原体，尤以发展中国家为甚。致病性E. coli可引发各类严重疾病，如胃肠炎、痢疾、溶血性尿毒症综合征等，其毒力机制各异，涉及多种毒型，如ETEC、EPEC、EHEC等。大肠杆菌具有独特的生物学特性，如革兰氏阴性、无芽孢、杆状、带鞭毛、好氧/兼性厌氧等，使其能在广泛的环境条件下生存，包括食品发酵与干燥过程，从而成为重要的食品污染源。其传播途径多样，包括粪口传播、人际与人畜直接接触，以及通过污染的水、食物链等。尽管总体病死率较低，但并发溶血性尿毒症综合征等严重并发症的风险不容忽视。近年来，大肠杆菌疫情频发，呈明显的季节性和地域性分布，与特定食品类型密切相关，且在特定场所如家庭、医院等易发生二次感染。针对不同毒型的大肠杆菌，其病原机制与临床症状各异，需结合实验室诊断（如培养基培养、PCR检测）进行准确识别。治疗方面，轻症病例多为自限性，重症或特定毒型（如ETEC）可采用抗生素治疗。防控措施主要包括严格食品安全管理、个人卫生习惯养成及动物源性食品检测等，以有效遏制大肠杆菌食物中毒的发生。
【相关资源】
菌株编号：HZB517424
微生物资源鉴定保藏平台
敬请关注“灰藻视界”，共筑健康未来！
— 武汉市灰藻生物科技有限公司团队敬上
灰藻生物：我们期待着与客户共同成长，共创生命科学的美好未来！
更新日期：2024-04-22