Современное представление о диареегенных Escherichia coli — возбудителях острых кишечных инфекций

Полный текст

Введение

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ)¹ и Детского фонда ООН², ежегодно в мире регистрируют около 2 млрд случаев инфекционной диареи, объединяющей около 20 заболеваний бактериальной, вирусной, протозойной или гельминтной этиологии, которая является второй по частоте причиной заболеваемости и летальности (после пневмонии) детей в возрасте до 5 лет, в основном в развивающихся странах (78% приходятся на страны Африки и Юго-Восточной Азии). Каждый год умирают 1,9 млн детей, что составляет 18% всей детской смертности, каждый день от диарейных заболеваний умирают более 5000 детей³. Исследования, проведённые в России, свидетельствуют о высокой доле инфекционных болезней в структуре общей заболеваемости (36–49%) и отсутствии тенденции к её уменьшению⁴. По оценкам Всемирного банка, среди 4 ведущих причин ущерба, наносимого человечеству всеми болезнями и травмами, три (диареи, кишечные гельминтозы и туберкулёз) относят к инфекционным и паразитарным болезням. Ежегодно в России регистрируют 35–40 млн случаев инфекционных и паразитарных заболеваний. В индустриальных странах диарея развивается в 0,5–2,0 случаях на душу населения в год. Так, в США ежегодно регистрируют более 100 млн случаев диареи, которые составляют около 25% всех госпитализаций. В результате того, что диарейным заболеваниям подвержены трудоспособное население и дети, они наносят значимый социальный и экономический ущерб [1–3]. В течение последних десятилетий, несмотря на прогресс в области медико-социальных технологий, глобальное значение инфекционной диареи не уменьшилось, а скорее возросло в связи с высокой интенсивностью туризма и миграцией больших групп населения. Наибольшему риску неблагоприятного течения и угрожающей жизни диареи подвержены дети до 5 лет, взрослые старше 60 лет и лица со сниженным иммунитетом, к которым относят применяющих кортикостероиды, перенёсших химио- и лучевую терапию, трансплантацию органов, пересадку стволовых клеток, страдающих системными заболеваниями, живущих с синдромом приобретённого иммунодефицита, злоупотребляющих алкоголем. В 2013 г. ВОЗ разработала комплексный Глобальный план действий по профилактике и борьбе с диареей. Успешная реализация этой стратегии должна способствовать снижению смертности от диареи до менее 1,0 на 1000 человек к 2025 г. [2].

Острые кишечные инфекции (ОКИ), обусловленные диареегенными Escherichia coli (DEC), характеризуются поражением желудочно-кишечного тракта с развитием диарейного синдрома, интоксикации и в некоторых случаях генерализации патологического процесса (коли-сепсис, менингит, пиелонефрит, холецистит). DEC отличаются от непатогенных E. coli наличием определённых генов вирулентности, особенностями патогенеза и клинико-эпидемиологических проявлений вызываемых ими заболеваний [3–5]. DEC в соответствии с детерминантами вирулентности классифицируют на патогенные группы (патогруппы). Специфическая природа этих детерминант наделяет каждую патогруппу способностью вызывать заболевание с характерными патологическими синдромами. Различают 6 патогрупп DEC:

• энтеропатогенные coli (EPEC);
• энтеротоксигенные coli (ETEC);
• энтероинвазивные coli (EIEC);
• шигатоксин-продуцирующие coli (STEC);
• энтероагрегативные coli (EAgEC);
• диффузно-адгерентные coli (DAEC) [6–8].

По мнению ряда исследователей, выделение DAEC в отдельную патогруппу требует дополнительных экспериментальных доказательств [9]. Штаммы каждой патогруппы DEC характеризуются конкретными патогенетическими механизмами, обеспечивающими развитие воспалительного процесса в разных отделах кишечника человека, клинически проявляющегося диарейным синдромом.

Активный обмен генетической информацией обеспечивает естественное появление штаммов, обладающих наборами генов вирулентности, характерными для разных патотипов и патогрупп [7, 10]. Ярким примером является Е. coli О104:Н4, вызвавшая крупную вспышку ОКИ в Германии в 2011 г., относящаяся к «гибридной» группе — энтероагрегативных шигатоксин-продуцирующих [11]. После вспышки во многих научных исследованиях было показано, что это явление встречается чаще, чем предполагалось ранее. Поэтому термины «гибридная» и «гетерогенная» E. coli стали использоваться для описания новых комбинаций факторов вирулентности среди классических патотипов E. coli и патогрупп DEC [12–16].

Энтеропатогенные E. coli

EPEC вызывают заболевания у детей раннего возраста с преимущественным поражением тонкого кишечника (коли-инфекция, колиэнтерит). EPEC обладают способностью к плотной адгезии и размножению на поверхности эпителиальной плазматической мембраны тонкого кишечника с последующим разрушением микроворсинок энтероцитов и апикальной поверхности эпителия. Потеря адсорбирующих ворсинок в зоне адгезии EPEC ведёт к диарее за счёт нарушения электролитного баланса и мальабсорбции. От других патогрупп DEC EPEC отличаются наличием острова патогенности (локус «сглаживания» энтероцитов), который кодирует ряд важных факторов вирулентности, в том числе белок наружной мембраны — интимин (продукт гена eae), необходимый для создания ключевого механизма патогенности EPEC — «прикрепления и сглаживания» энтероцитов и плазмиду фактора адгезии EPEC (pEAF), кодирующей формирующие пучки пили Bfp (Bundle-forming pili), необходимые для адгезии с эпителиальными клетками кишечника. По наличию или отсутствию pEAF EPEC классифицируют на типичные (t-EPEC) и атипичные (a-EPEC). а-EPEC не имеют pEAF и, следовательно, не продуцируют Bfp [6, 17].

В 1987 г. ВОЗ признала, что EPEC включают штаммы 12 О-серогрупп (О26, О55, О86, О111, О114, О119, О125, О126, О127, О128, О142 и О158) [18]. За последние 20 лет список сероваров ЕРЕС значительно расширился, в настоящее время с этой патогруппой ассоциируют штаммы 22 О-серогрупп и 60 сероваров. В табл. 1 представлены классические и новые O:H серовары ЕРЕС.

 

Таблица 1. Серологические варианты EPEC

Table 1. Serological variants of EPEC

О-антиген O-antigen	Н-антиген H-antigen	Комментарии Comments
О18	Н7
О20	Н26; Н34
О25	Н1
О26	Н–; Н11	O26: Н– и O26:H11 могут быть также STEC | O26: Н– and O26:H11 may also be STEC
О44	Н34
О55	Н–; Н6; Н7	O55:H7, H10 и Н– могут быть также STEC | O55:H7, H10 and Н– may also be STEC
О75	Н–
О86	Н–; Н8*; Н27; Н34	O86: Н– могут быть также EAgEC O86: Н– may also be EAgEC
О88	Н–; Н25
О91	Н7; Н–
О103	Н2*
О111	Н–; Н2; Н7; Н12	O111: Н– могут быть также STEC O111: Н– may also be STEC
О114	Н–; Н2; Н10; Н32
О119	Н–; Н2; Н6
О125	Н–; Н6; Н21	O125 могут быть также EAgEC O125 may also be EAgEC
О126	Н–; Н2; Н21; Н27
О127	Н–; Н6; Н9; Н21; Н40
О128	Н–; Н2; Н7; Н8; Н12	O128:H2 могут быть также STEC O128:H2 may also be STEC
О142	Н–; Н6; Н34
О145	Н–*; Н 45*
О157*	Н8*; Н10; Н16*; Н45
О158	Н–; Н23

Примечание. *Новый серовар EPEC.

Note. *New serovar EPEC.

 

С 1990-х гг. прогресс в понимании молекулярных аспектов патогенеза EPEC позволил исследователям выйти за рамки серологических групп, которые не всегда коррелируют с заболеванием, и разработать определение, основанное на характеристике патогенности. На II Международном симпозиуме по EPEC было принято следующее определение этой патогруппы DEC: «EPEC — это DEC, которые вызывают характерную гистопатологию, известную как A/E, и не продуцируют шигаподобные токсины. t-ЕРЕС обладают плазмидой вирулентности EAF (фактор адгезии ЕРЕС), которая кодирует локальную адгезию с эпителиальными клетками кишечника, пилями Bfp, a-ЕРЕС не имеют эту плазмиду. Большинство штаммов t-ЕРЕС относят к определённым O:H сероварам» [18–20].

Эпидемиологические исследования штаммов t-EPEC и a-EPEC показали, что t-EPEC остаются ведущей причиной тяжёлых детских диарей в развивающихся странах. В то же время a-EPEC являются возбудителями ОКИ не только детей, но и взрослых в индустриально развитых странах. Штаммы t-EPEC относят к возбудителям антропонозной инфекции, при которой человек является единственным источником, ведущий путь передачи — контактный, который реализуется в условиях детских стационаров и лечебно-профилактических учреждений. а-EPEC вызывают диарейные заболевания у детей и взрослых, являются возбудителями зоонозных инфекций, резервуаром являются животные (чаще крупный рогатый скот), ведущим фактором передачи — пищевые продукты животного происхождения. Штаммы a-EPEC представляют зоонозный риск для человека и подтверждают концепцию о том, что животные являются источником инфекции a-EPEC у людей [6, 21, 22].

Энтеротоксигенные E. coli

ETEC остаются основной причиной спорадических и групповых «холероподобных» диарей у детей в развивающихся странах тропического и субтропического поясов; вызывают до 40% ОКИ детей раннего возраста, находящихся на искусственном вскармливании. В экономически развитых странах ETEC вызывают «диарею путешественников» у туристов, посещающих неблагополучные по ETEC-инфекции регионы. Среди ETEC встречаются штаммы, вызывающие диарею у человека и домашних животных разных видов. Это связано со специфическими факторами колонизации и эпителиальными рецепторами кишечника, т.е. ETEC, патогенные для животных, не способны колонизировать тонкий кишечник человека [23].

Ключевыми факторами патогенности ETEC являются адгезия, обеспечивающая колонизацию энтероцитов, и продукция энтеротоксинов, вызывающих нарушение электролитного баланса в клетках кишечного эпителия, приводящее к профузной диарее. Адгезия и колонизация ЕТЕС на эпителиальных клетках тонкого кишечника человека осуществляется за счёт фимбриальных факторов группы CFA (антигены факторов колонизации), кодируемых генами cfa, которые могут быть локализованы в хромосоме и на плазмидах [8, 24]. Энтеротоксины — термолабильный (LT) и термостабильный (ST) — различаются по свойствам и механизму действия. Оба токсина одновременно синтезируют ≈ 5% популяции ЕТЕС, LT ~ 25%, ST ~ 70% [6]. LT по структурным, антигенным характеристикам и механизму действия подобен холерному токсину — инактивирует регуляторный белок, контролирующий активность аденилатциклазы базолатеральной мембраны энтероцитов, что приводит к увеличению внутриклеточного уровня циклического аденозинмонофосфата, стимуляции активной секреции анионов хлора и ингибированию абсорбции NaCl, что является причиной обильной диареи секреторного типа. Известны две разновидности LT-токсина: LT1 — продуцируемый штаммами, выделяемыми от человека, и LT2 — схожий с ним по строению и биологическим свойствам энтеротоксин, продуцируемый штаммами E. coli животного происхождения. LT1 кодируется геном eltI, расположенным на плазмидах, LT2 — геном eltII, расположенным в хромосоме [7, 8, 24]. ST вызывает в энтероцитах нарушение транспорта ионов железа, потерю электролитов и уменьшение абсорбции натрия с последующим выходом большого количества жидкости в просвет кишечника. Известны две разновидности ST: Sta (ST1) и STb (ST2). Sta включает STp («свиной» ST, ST1а) и STh («человеческий» ST, ST1b) токсины, схожие по структуре и механизму действия. Рецептором для Sta является клеточная гуанилатциклаза, её активация повышает уровень циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) в энтероцитах, что приводит к потере электролитов и нарушению абсорбции NaCl, тем самым вызывая обильную секрецию жидкости в просвет кишечника. STb относится к группе мембрано-повреждающих токсинов. Рецептор для STb в настоящее время не установлен, в отличие от Stа не повышает уровень цГМФ, но стимулирует секрецию энтероцитами бикарбонатов, простагландина Е₂ и серотонина. Токсины Sta и STb кодируются генами estA и estВ, расположенными на плазмидах. Гены, кодирующие CFA, расположены «по соседству» с генами, кодирующими энтеротоксины, одновременная экспрессия генов cfa и tox обеспечивает вирулентность ЕТЕС. Без колонизирующих факторов энтеротоксины патогенетически инертны точно так же, как CFA-адгезины без токсинов [23].

ETEC ассоциируют с ограниченным числом О-групп и О:К:Н сероваров. В табл. 2 представлены известные и наиболее распространённые серовары ETEC, вызывающие ОКИ у людей [6].

 

Таблица 2. Серологические варианты ETEC

Table 2. Serological variants of ETEC

O-антиген | O-antigen	(K):H-антиген | (K):H-antigen
O6	Н–; K15:H16
O7	Н–; H18
O8	K47:NM, K25:H9; K40:H9; H10; K87:H19
O9	Н–; K9, K84:H2
O11	H27
O15	H11; H15; H45
O17	K23:H45; H18
O20	Н–; H30
O21	H21
O25	Н–; K7:H42; H16
O27	H7; H20; H27
O29	H?
O48	H26
O56	Н–
O63	H12; H30
O64	Н–
O65	H12
O71	H36
O73	H45
O77	H45
O78	Н–; K2:H1; H12
O85	H7
O86	H2
O88	H25
O105	H?
O114	Н–; H21
O115	Н–; H2; H40; H51
O119	H6
O126	Н–; H9; H12
O128	H7; H12; H19; H21
O133	H16
O138	K81
O139	H28
O141	Н–; H4
O147	Н–
O148	H28
O149	H4; H10; H19
O153	H10
O159	Н–; H2; H4; H5; H12; H20; H21; H34; H37
O166	H27
O167	H5
O?	H2; H10; H28; K39:H32

Примечание. Н? — неизвестный Н-антиген; О? — неизвестный О-антиген.

Note. H? — unknown H-antigen;O? — unknown O-antigen.

 

Энтероинвазивные E. coli

EIEC широко распространены в странах с низким уровнем доходов, клинически протекают как бактериальная дизентерия [6, 23, 25]. Патогенез EIEC-инфекции связан со способностью бактерий проникать в слизистую оболочку толстой кишки человека, что обусловлено экспрессией хромосомных и плазмидных генов. После инвазии в эпителиальные клетки толстой кишки EIEC реплицируются внутриклеточно и распространяются в соседние клетки, вызывая воспалительное разрушение кишечного эпителиального барьера, что проявляется характерным синдромом дизентерии: наличием крови, слизи и лейкоцитов в стуле [8].

Таксономическая близость EIEC и Shigella spp., идентичность патогенеза, факторов и генов вирулентности проявляются в схожести клинических симптомов заболевания. Инфекционная доза EIEC значительно выше, чем у Shigella, а заболевания, вызываемые EIEC, в некоторых случаях протекают в более лёгкой форме [25, 26]. Важным для полного фенотипического выражения патогенности Shigella spp. и EIEC является наличие основного гена инвазивного плазмидного антигена Н (ipaH), расположенного на хромосоме в составе большой плазмиды F-типа (pINV), отвечающего за размножение и распространение возбудителя в и вне эпителиальных клеток, а также в просвете кишки. Наличие pINV характерно только для Shigella spp. и EIEC, её потеря — редкое явление, которое определяет авирулентный фенотип штамма. Другие гены вирулентности, расположенные на внехромосомных плазмидах, играют вспомогательную роль в обеспечении взаимодействия возбудителя с эпителием и могут быть неравномерно распределены в штаммах Shigella spp. и EIEC, они кодируют белки, влияющие на индукцию (ial) и регуляцию транскрипции (invE) генов инвазивности. Детекция только генов, расположенных на внехромосомных плазмидах, может приводить к ложноотрицательным результатам, т.к. штаммы часто теряют эти плазмиды [8]. Биохимические особенности EIEC были впервые описаны в 1967 г. Подобно Shigella, большинство штаммов EIEC не декарбоксилируют лизин, не ферментируют лактозу и, как правило, неподвижны [6, 25, 27]. За счёт таксономической близости (один геновид) EIEC и Shigella spp. обладают несколькими общими фенотипическими и генотипическими характеристиками, что часто затрудняет их дифференциацию, особенно в случае О-антигенных связей (перекрёстных реакций). В результате этого нередко происходит искажение интерпретации эпидемиологической информации, что затрудняет оценку реального бремени инфекций, обусловленных EIEC.

С патогруппой EIEC ассоциировано ограниченное число сероваров, а именно O28ac:H^–, O29:H^–, O112ac:H^–, O115:H^–, O121:H^–, O124:H^–, O124:H7, O124:H30, O124:H32, O135:H^–, O136:H^–, O143:H^–, O144:H^–, O144:H25, O152:H^–, O159:H^–, O159:H2, O164:H^–, O167:H^–, O167:H4, O167:H5, O173:H^– и недавно O96:H19. Некоторые из этих EIEC-ассоциированных O-антигенов, такие как O28, O112ac, O121, O124, O143, O144, O152 и O167, имеют антигенные связи с O-антигенам Shigella spp. [25, 27, 28].

Человек, инфицированный EIEC, служит основным источником инфекции. ОКИ, обусловленные EIEC, встречаются во всех странах, особенно в странах с низким уровнем доходов, неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия способствуют их распространению [6, 29]. В некоторых странах Латинской Америки и Азии (Чили, Бразилии, Таиланде, Индии) EIEC являются частой причиной ОКИ [25]. В промышленно развитых странах вспышки EIEC редки; заболевания в основном регистрируют как спорадические случаи и часто связанны с туристами, возвращающимися из стран с высокой заболеваемостью. Вспышки EIEC были зарегистрированы в Венгрии (1959 г.), США (1970 г.), Чехословакии (1982 г.), Израиле (1990 г.). В последнее время в Европе наблюдается рост случаев EIEC-инфекций. В 2012 г. в Италии была зарегистрирована вспышка колита, охватившая более 100 человек, вызванная новым сероваром EIEC O96:H19. В 2014 г. EIEC этого серовара были причиной двух вспышек эшерихиоза в Великобритании [26, 29].

Шигатоксин-продуцирующие E. coli

STEC широко распространены во всех странах, являются причиной заболеваний, связанных с пищевыми продуктами, характеризуются широким спектром клинических проявлений — от лёгкой водянистой диареи до гемоколита и гемолитического уремического синдрома (ГУС), проявляющегося в виде триады симптомов: гемолитической анемии, тромбоцитопении и острой почечной недостаточности. Естественным резервуаром STEC служит кишечник крупного и мелкого рогатого скота, свиней, реже других животных. К активным факторам передачи относят сырые или недостаточно термически обработанные мясо, молоко, а также вторично контаминированные продукты. Больной человек может представлять потенциальную опасность для окружающих как источник [21, 30, 31].

Основным фактором вирулентности штаммов STEC является продукция одного или нескольких цитотоксинов семейства шигатоксинов (Stx), синтез которых обеспечивается генами, расположенными на ДНК конвертирующего умеренного бактериофага. Известны два типа Stx (Stx1 и Stx2). Токсин Stx1 — структурно и антигенно идентичен токсину шига S. dysenteriae I (90% гомологии), Stx2 — менее 60%. Штаммы E. coli могут продуцировать один Stx1 или Stx2 и/или одновременно оба токсина. Stx2 более вирулентен, чем Stx1 [7, 8]. Установлено, что при заболеваниях, вызванных штаммами, продуцировавшими Stx2, ГУС развивался в 6,8 раза чаще, чем при инфекциях, вызванных штаммами, продуцировавшими Stx1 или одновременно Stx1 и Stx2 [30].

STEC, которые имеют дополнительные факторы вирулентности (интимин и энтерогемолизин), ассоциированные с тяжёлым течением инфекции у человека, называют энтерогеморрагическими E. coli (EHEC). Патогенетической особенностью EHEC, в отличие от STEC, является плотная адгезия с эпителиальными клетками кишечника, как у EPEC, которую обеспечивает белок наружной мембраны — интимин, кодируемый геном eae, расположенным в локусе «прикрепления — сглаживания/стирания» энтероцитов островка патогенности [8, 30].

Серовар E. coli O157:H7 был описан первым в связи со случаями гемоколита и ГУС в начале 1980-х гг. Он остаётся важным сероваром STEC в мире, с которым связаны многочисленные вспышки и спорадические случаи гемоколита, и ГУС [32–36]. Известны более 100 сероваров STEC, вызывающих инфекции у человека (табл. 3).

 

Таблица 3. Серологические варианты STEC

Table 3. Serological variants of STEC

O-антиген O-antigen	H-антиген H-antigen	O-антиген O-antigen	H-антиген H-antigen
O1	Н–; H20	O98	Н–; H25
O2	Н–; H5; H7; H29; H39	O101	H19
O4	Н–; H10	O103	Н–; H2
O5	Н–; H16	O111	Н–; H2; H8; H11; H30; H34
O6	H1; H3; H34	O112ab	H2
O7	H4	O113	Н–; H2; H4; H7; H21
O8	H19	O114	H48
O15	Н–; H27	O115	H8; H10; H18
O18	Н–; H7; H11	O116	Н–; H21
O22	H8; H16	O117	H4
O25	Н–	O118	Н–; H12; H16; H30
O26	Н–; H11; H32	O121	Н–; H7; H19
O38	H21	O125	Н–; H8
O39	H4	O126	Н–; H8; H27
O40	H8	O128	Н–; H2; H8; H12; H25; H35
O43	H2	O132	Н–
O45	H2	O136	H12; H16
O46	Н31; Н38	O139	H19
O48	H21	O145	Н–; H8; H16; H25
O49	Н–;	O146	H8; H21
O50	Н–; H7	O153	Н–; H21; H25
O55	H7; H10	O156	Н–; H7; H25
O65	H16	O157	Н–; H7
O69	H11	O163	H2; H19
O74	H?	O165	Н–; H19; H25
O76	H19; H25	O171	H2
O80	Н–	O172	Н–
O82	H8	OX3	H21
O84	Н–; H2	O?	H2; H4; H7; H8; H10; H12; H16; H19; H21; H25; H32
O91	Н–; H10; H14; H21	OR	Н–; H2; H25

Примечание. О? — неизвестный О-антиген.

Note. O? — unknown O-antigen.

 

Многочисленные международные эпидемиологические исследования показали, что к широко распространённым сероварам E. coli, вызывающим заболевания человека, относят O26:H11, O45:H2, O103:H2, O111:H8, O121:H19, O145:H28, которые включены в так называемую «большую шестерку не-О157» [32, 35]. Распространённость ГУС, вызванного STEC, в среднем составляет 2,1 на 100 тыс., у детей до 5 лет — 6,1 на 100 тыс. По данным European Centre for Disease Prevention and Control, ГУС, вызванный E. coli O157:H7, развивается до 7% случаев при спорадических заболеваниях и в 20% — при вспышках⁵. Проспективные исследования, проведённые в США, показали, что при STEC-инфекциях у детей в возрасте до 5 лет ГУС развился в 12,9% случаев, 5–10 лет — в 6,8%, старше 10 лет — в 8%⁶. В 2015 г. показатели STEC не-О157 и STEC О157 составили 1,65 и 0,95 случая на 100 тыс. В 2018 г. в Европейском союзе/Европейской экономической зоне зарегистрировано значительное увеличение случаев ОКИ, обусловленных STEC, и в структуре зоонозных инфекций они заняли 3-е место после кампилобактериоза и сальмонеллеза [21].

Энтероагрегативные E. coli

EAgEC — патогруппа DEC, вызывающая ОКИ детей и взрослых во всех странах, наиболее высокие показатели заболеваемости регистрируют среди детей младше 5 лет [6, 14, 37–40]. Метааналитические эпидемиологические исследования выявили статистически значимую связь EAgEC с диареями: острыми, продолжительными, хроническими, ВИЧ-инфицированных и путешественников.

Симптомы заболеваний, вызванные EAgEC, включают водянистую диарею часто с патологическими примесями в виде слизи и крови, тенезмы, тошноту, рвоту, субфебрильную температуру. У некоторых пациентов в зависимости от иммунного статуса, а также генетической предрасположенности может развиться затяжная диарея продолжительностью более 14 дней. Генетическая предрасположенность к диареям, вызываемым EAgEC, была впервые установлена среди жителей Северной Америки после их посещения Мексики. Однонуклеотидные полиморфизмы, обнаруженные в промоторах генов, кодирующих интерлейкин-8, лактоферрин, CD14 и остеопротегерин, признаны индикаторами предрасположенности к хронизации диарей, обусловленных EAgEC [6, 14, 41–43].

Исследования, проведённые в Латинской Америке, Азии, Африке и бывших социалистических странах Восточной Европы, показали, что EAgEC чаще, чем другие бактериальные патогены, являются причиной диарей у детей [44]. Данные, полученные в США, Европе и Израиле, также свидетельствуют о том, что ЕAgЕС часто вызывают диарейные заболевания у детей [6, 45]. В США показатели заболеваемости эшерихиозами, обусловленными EAgEC, у детей раннего возраста выше, чем кампилобактериозами и сальмонеллёзами [14, 39]. Ряд исследователей подтверждают, что EAgEC являются ведущими бактериальными патогенами у госпитализированных с острой диареей детей как в менее развитых, так и в промышленно развитых регионах [40]. Есть данные о том, что ОКИ, вызванные EAgEC, более распространены среди взрослого населения в промышленно развитых странах по сравнению со странами развивающихся регионов. В США EAgEC были наиболее распространённым возбудителем диарей в отделениях неотложной помощи и амбулаторных клиниках среди взрослых пациентов [46]. В Японии во вспышки ОКИ, вызванные EAgEC, были вовлечены дети старшего возраста (> 5 лет) и взрослые. На африканском континенте описаны случаи диареи, обусловленные EAgEC, среди взрослого населения Мали, Нигерии и Ганы [47]. Проведённые во многих странах крупномасштабные эпидемиологические исследования показали, что частота диарей составляет примерно 3,2 эпизода на одного ребёнка, из них до 20% соответствовали продолжительной диарее (> 14 дней). С момента первого признания EAgEC как причины хронической продолжительной диареи у индийских детей появились неоспоримые доказательства этиологической роли EAgEC при хронических диареях у детей во многих странах, в том числе Европы и Америки [14, 43]. Современные данные по эпидемиологии EAgEC-инфекции противоречивы из-за больших различий в методах выявления возбудителя, а также в возрасте и социально-экономическом статусе пациентов. В развивающихся странах EAgEC являются основным возбудителем продолжительной диареи у детей со сниженным физическим и интеллектуальным развитием, ослабленных из-за недоедания [14, 39, 40]. В последние годы в экономически развитых странах часто регистрируют спорадические случаи диарей у детей и взрослых, вызванные EAgEC, а также групповые случаи заболеваний и вспышки с пищевым путём передачи в Европе, Японии, Мексике и Индии [6, 12, 40, 43]. В Германии с 1997 г. EAgEC являются третьими по частоте выделения бактериальными патогенами у детей раннего возраста при диареях (2%) после Salmonella spp. (13,4%) и STEC (3,1%). Бессимптомное носительство EAgEC часто выявляют у лиц с низким социально-экономическим статусом в развивающихся странах. Длительная персистенция EAgEC при отсутствии диареи может вызывать хроническое воспаление кишечника, снижая его абсорбционную функцию, приводя к алиментарной дистрофии и задержке роста. Учитывая значительное число бессимптомного носительства EAgEC среди детей, эта патогруппа DEC оказывает значительное влияние на общественное здоровье как одна из причин нарушения физического и когнитивного развития [14]. По оценкам ВОЗ, 32% детей младше 5 лет, проживавших в бедных районах, имели задержку роста. К сожалению, дефицит роста, возникающий в раннем возрасте, полностью не обратим, и этот постоянный дефицит является маркером устойчивой потери человеческого потенциала. Задержка роста встречалась у детей, живущих не только в бедных развивающихся странах, но и в трущобах в странах со средним уровнем дохода [6, 14, 40, 43, 44, 46].

Несмотря на достаточные доказательства того, что EAgEC являются наиболее распространёнными DEC, в России они остаются менее изученными и менее известными по сравнению с ЕРЕС, EIEC и ЕТЕС.

В настоящее время общепризнано, что EAgEC-инфекция относится к антропонозам, резервуаром и источником инфекции является человек, однако этот вопрос продолжает изучаться [14]. Нет достоверных данных о том, что животные могут быть резервуаром и источником EAgEC [39].

EAgEC впервые были описаны в 1987 г. J. Ka- per и соавт. при изучении адгезивных свойств штаммов E. coli, выделенных от чилийских детей с диареей, на культуре клеток Hep-2 [7]. Штаммы характеризовались специфичным феноменом агрегационной адгезии к эпителиальным клеткам Hep-2 в виде «сложенных кирпичей/кирпичной кладки». Обнаружение феномена агрегационной адгезии in vitro по-прежнему остаётся «золотым стандартом» для детекции EAgEC, но требует специальных средств, занимает много времени и может встречаться у штаммов других патогрупп DEC, таких как a-EPEC [7, 46].

Таким образом, современное определение EAgEC — это диареегенные E. coli, которые характеризуются феноменом агрегационной адгезии к клеткам Hep-2 и не имеют основных генетических маркеров, ассоциированных с другими патогруппами DEC (EPEC, ETEC, EHEC, EIEC). EAgEC отличает от других классических патогрупп DEC широкая вариабельность антигенных свойств и генетических маркеров вирулентности [6, 12, 14]. В то же время ни один из описанных факторов вирулентности не был однозначно связан с вирулентностью EAgEC, а гены, кодирующие их, не присутствуют равномерно во всех изолированных штаммах [39]. Эксперименты in vitro, in vivo и ex vivo убедительно показали, что EAgEC могут адгезироваться с эпителиальными клетками тощей, подвздошной и толстой кишки, образуя прочную биоплёнку с последующим цитотоксическим и провоспалительным действием.

Патогенез заболевания включает три этапа:

• обильное прилипание к слизистой оболочке кишечника;
• продукция цитотоксинов и энтеротоксинов;
• индукция воспаления слизистой оболочки [41, 47].

Для первого этапа необходимо наличие фимбриальных и афимбриальных адгезинов. У штаммов EAgEC идентифицированы несколько факторов колонизации. Этап адгезии характеризуется повышенной секрецией слизи, которая приводит к образованию прочной биоплёнки, в которую «встроены» EAgEC. На следующем этапе EAgEC оказывают цитотоксическое действие на слизистую оболочку кишечника за счёт секреции токсинов, вызывая везикуляцию микроворсинок и экструзию эпителиальных клеток. Воспаление, вызванное EAgEC, является результатом обильной колонизации слизистой оболочки кишечника [39]. Наиболее изученными адгезинами EAgEC являются фимбрии (AAF), которые опосредуют феномен агрегационной адгезии и образование биоплёнки [8, 46]. В зависимости от цитотоксического или энтеротоксического действия in vitro EAgEC могут синтезировать различные токсины, которые кодируются одним хромосомным локусом. Shigella enterotoxin 1 (ShET1) — токсин, который присутствует в штаммах Shigella flexneri 2a, вызывает накопление жидкости в петлях подвздошной кишки и способствует развитию секреторной диареи, характерной для инфекций, вызванных EAgEC и Shigella. Термостабильный токсин энтероаггрегативных E. coli 1 (EAST-1) гомологичен по 38-аминокислотам Sta токсину ETEC, он активирует аденилатциклазу, вызывая повышенные уровни цГМФ, способствуя развитию водянистой диареи. Ген, кодирующий EAST1 (astA), встречается у ~ 40% EAgEC и среди штаммов других патогрупп: 100% STEC O157:H7, 41% ETEC, 22% EPEC, а также у 38% штаммов E. coli, выделенных от пациентов без симптомов ОКИ [14, 41]. EAST1 может присутствовать у комменсальных штаммов E. coli. Два белка Pet и Pic — аутотранспортёры сериновой протеазы Enterobacteriaceae (SPATE), из которых Pet — цитотоксин, изменяющий цитоскелет энтероцитов, приводит к округлению и отслоению клеток, и Pic — «многозадачный» белок, который опосредует гемагглютинацию, расщепление и гиперсекрецию слизи, колонизацию кишечника, расщепление поверхностных гликопротеинов. SPATE являются иммуногенными белками, о чём свидетельствует наличие в сыворотке крови антител против Pet и Pic у детей, перенёсших диарею, вызванную EAgEC. Секретируемый EAgEC антиагрегационный белок дисперзин, кодируемый геном aap, связывается с липополисахаридом, нейтрализуя отрицательный заряд бактериальной поверхности, что приводит к проекции AAF и, как следствие, диспергированию по слизистой оболочке кишечника. Дисперзин может присутствовать в штаммах других патогрупп DEC и комменсальных E. coli [46].

Недавно было предложено дифференцировать штаммы EAgEC на подгруппы: типичные (t-EAgEC) и атипичные (a-EAgEC). Это деление основано на наличии или отсутствии гена aggR, который кодирует активатор транскрипции экспрессии как хромосомных, так и плазмидо-кодируемых факторов вирулентности, включая AAF и дисперзин [39, 46]. Высказано предположение, что t-EAgEC имеют больший патогенный потенциал [40, 48]. Ряд исследователей указывают на возникновение вспышек диареи, вызванных a-EAgEC [6, 14]. У детей с ОКИ нередко выделяют a-EAgEC, в ряде случаев чаще, чем t-EAgEC [39].

Мультиплексные ПЦР-анализы, нацеленные на детекцию большого количества генов (aggR, aaf, aap, aatA, pic, pet и astA), кодирующих адгезины, цитотоксины, энтеротоксины и секретируемые белки, были использованы для обнаружения штаммов EAgEC [40, 47]. Несмотря на то что такие белковые компоненты, как дисперзин, Pic, ShET1, EAST-1 и Pet, участвуют в вирулентности EAgEC, ни один из них не присутствует во всех штаммах, поэтому предложено использовать triplex-ПЦР для выявления 3 генов (aggR, aatA и aaiA), которая упрощает и унифицирует детекцию EAgEC, включая t-EAgEC и a-EAgEC [14]. В исследовании ряда авторов показано, что комбинация генов вирулентности может зависеть от географического региона [40, 48], в связи с этим международный микробиологический надзор за EAgEC может улучшить надлежащий диагностический алгоритм [39].

Большое количество среди EAgEC штаммов в R-форме является препятствием при серотипировании, приводящим к большому количеству нетипируемых штаммов [14, 40, 48]. Тем не менее в настоящее время идентифицированы штаммы 11 серологических групп (и серовариантов) EAgEC: О3:Н2; О7:Н^–; О15:Н18; О44:Н18; О51:Н11; О77:Н18; О86:Н^–; О86:Н2; О111:Н21; О126:Н27; О127:Н2; О144:Н49; ОNT:H21; ОNT:H33, однако они не являются единственными для этой патогруппы DEC.

В последние годы появились данные о EAgEC как возбудителях инфекций внекишечной локализации: мочевыводящих (циститы, пиелонефриты) и желчевыводящих путей (холангиты, холециститы). Маркеры вирулентности EAgEC обнаружены в штаммах UPEC, выделенных из мочи [16, 49]. Также сообщалось о наличии маркеров UPEC в коллекциях штаммов EAgEC [50]. Эти данные показали, что некоторые штаммы EAgEC могут вызывать инфекции мочевыводящих путей. Недавно EAgEC были признаны возбудителями случаев уросепсиса и менингита [13].

Диффузно-адгерентные (прикрепляющиеся) E. coli

Патогруппа DAEC включает штаммы, гетерогенные по продукции многочисленных фимбриальных и афимбриальных адгезинов, которые определяют их специфическую диссеминированную адгезию к эпителиальным клеткам HeLa или Hep-2 [8, 9]. Некоторые исследователи считают, что из-за трудностей классификации и идентификации DAEC роль этого возбудителя при ОКИ требует дополнительных эпидемиологических исследований [51].

DAEC выявляют не только у человека, но и у животных (крупный рогатый скот, птицы, свиньи). Клинические проявления заболеваний включают диарейный синдром, боли в животе, обезвоживание и лихорадку. Не существует «уникальных» клинических симптомов, специфичных для ОКИ, вызванных DAEC. В экономически развитых странах у детей с диареей распространённость DAEC ниже, чем других патогрупп DEC. В развивающихся странах на их долю в структуре DEC приходится до 18% [51].

Долгое время патогенность и эпидемиологическое значение DAEC являлись предметом споров и в настоящее время ещё остаются под вопросом. Некоторые исследователи связывают штаммы DAEC с диареей детей и взрослых, другие показывают, что DAEC могут присутствовать без клинических симптомов ОКИ в кишечнике человека всех возрастных групп. Острая диарея, обусловленная DAEC, — относительно новая проблема, имеющая значение для общественного здравоохранения [8, 9].

Адгезины семейства Afa/Dr, ответственные за диффузный фенотип адгезии, являются основными факторами вирулентности в патогенезе DAEC. Установлено, что ген daaC, который «распознает» консервативную область оперонов Afa/Dr, чаще встречался в штаммах, выделенных от пациентов с диареей, чем в контрольной группе здоровых лиц [51]. Однако в некоторых исследованиях штаммы DAEC, экспрессирующие Afa/Dr, с одинаковой частотой выделяли от больных с диареей и в контрольной группе здоровых лиц, что позволило предположить, что в патогенезе могут участвовать дополнительные факторы вирулентности: адгезины, идентичные UPEC, такие как AfaE-I, AfaE-II, AfaE-III, AfaE-V и F1845, ассоциированные с диарейными штаммами DAEC; секретируемый токсин-аутотранспортёр, принадлежащий к семейству SPATE [9, 48]. Большое разнообразие генов, кодирующих адгезины, затрудняет выявление инфекций, вызванных DAEC, что способствует исключению этих патогенов при рутинной диагностике инфекций желудочно-кишечного тракта и мочевыводящих путей.

Заключение

Изучение возбудителей ОКИ занимает одно из центральных мест в медицинской микробиологии. С давних пор с E. coli ассоциировался диарейный синдром, в то же время они рассматривались в качестве представителя микробиоты кишечника. С открытием ПЦР и высокопродуктивного секвенирования нового поколения представления о роли E. coli как возбудителя диарейных заболеваний и как резидента кишечной микробиоты изменились, при этом научный интерес к данной бактерии не только не исчез, но и приобрёл новое значение. Если в основе исследований в данном направлении, положившим начало дифференциации E. coli и вызываемых ими заболеваний, был положен фенотипический метод серотипирования по О- и Н-антигенам, то в настоящее время всё более актуальной становится молекулярно-генетическая характеристика конкретного штамма E. coli, изучение генов патогенности, резистентности и сиквенс-типов и др.

Во многом интерес к E. coli обусловлен высокой долей заболеваний эшерихиозами в общей структуре инфекционной патологии. В результате проведения профилактических мер и адекватных подходов к терапии ряд инфекций удаётся контролировать, но заболевания, вызванные DEC, остаются распространёнными и часто крайне тяжёлыми. Во многом это связано не только с эволюцией генома E. coli — появлением новых и/или вирулентных гибридов, но и с широким применением антимикробных препаратов в клинической практике, что способствует формированию высокопатогенных полирезистентных бактериальных клонов — «супербактерий».

Внутривидовое генетическое разнообразие популяции E. coli диктует необходимость изменения критериев оценки патогенного потенциала штаммов возбудителя.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Conflict of interest. The authors declare no apparent or potential conflicts of interest related to the publication of this article.

¹ Всемирная организация здравоохранения. Диарея. Основные факты. Информационный бюллетень 2017 г.

URL: https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets

² The United Nations Children’s Fund/World Health Organization. Diarrhoea: Why children are still dying and what can be done. 2009. URL: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/44174/9789241598415_eng.pdf?sequ

³ World Health Organization. Ending preventable child deaths from pneumonia and diarrhoea by 2025. The integrated Global Action Plan for Pneumonia and Diarrhoea (GAPPD). 2013.

URL: https://www.who.int/maternal_child_adolescent/documents/global _action_plan_pneumonia_diarrhoea/en/

⁴ Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. О состоянии санитарно- эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2019 году: государственный доклад. М.; 2020. 299 с.

⁵ European Centre for Disease Prevention and Control. Shiga toxin/verocytotoxin-producing Escherichia coli (STEC/VTEC) infection. Annual epidemiological Report for 2018.

URL: https://www.ecdc.europa.eu/sites/default/ files/ documents /shiga-toxin-verocytototoxin-escherichia-coli-annual-epidemiological-report2018.pdf

⁶ Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Guidance for Public Health laboratories on the isolation and characterization of Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) from clinical specimens. 2012. 62 p. URL: https://www.aphl.org/AboutAPHL/publications/Documents/FS_2012April_Guidance-for-PHLs-Isolation-and-Characterization-of-Shiga-Toxin-Producing-Escherichia-coli-STEC-from-Clinical.pdf; World Health Organization, Food Agriculture Organization of the United Nation. Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) and food: attribution, characterization, and monitoring: report. 2018. URL: https://apps.who.int/iris/handle/10665/272871

Об авторах

Мария Александровна Макарова

Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Пастера; Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова

Автор, ответственный за переписку.
Email: makmaria@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3600-2377

д.м.н., в.н.с. лаб. кишечных инфекций НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера; доцент кафедры медицинской микробиологии СЗГМУ имени И.И. Мечникова

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы