Опыты на кишечной палочки

Как самый долгий биологический эксперимент породил новое существо

Долговременный эксперимент по эволюции E.coli — попытка ученых в экспериментальных условиях наблюдать эволюционные процессы. Может возникнуть вопрос, почему для этих нужд ученые использовали именно кишечную палочку, а не собаку или лошадь? Одна из причин в том, что E.coli очень быстро размножается. Другая особенность, делающая бактерию удобной для исследований, — небольшой размер генома, который позволяет достаточно быстро определить, какие мутации возникают в генах со сменой поколений. Кроме того, E.coli можно без вреда для нее заморозить на длительное время.

Материалы по теме

Долговременный эксперимент по эволюции E.coli оказался удобной платформой для того, чтобы решить данную проблему. Ученые под руководством Ричарда Ленски проанализировали полные геномы 264 клонов из 12 популяций, в которых, в конечном итоге, сменилось 50 тысяч поколений. Предварительные результаты продемонстрировали, что приспособленность микроорганизмов, которая определяется как скорость роста популяции, увеличилась на 70 процентов по сравнению с той, что была у предкового штамма.

Молекулярные биологи расшифровали геномы кишечных палочек, принадлежащих поколениям 500, 1000, 1500, 2000, 5000, 10 000, 15 000, 20 000, 30 000, 40 000, 50 000, с помощью метода секвенирования нового поколения. Всего было найдено более 14 тысяч мутаций, которые привели к потере 1,4 процента общего генома. При этом на половину популяций (Ara−1, Ara−2, Ara−3, Ara−4, Ara+3 и Ara+6) приходилось 96,5 процента точечных мутаций (мутаций, затрагивающих один нуклеотид). Это объясняется тем, что некоторые изменения в генах привели к нарушению процессов восстановления поврежденной ДНК, в результате чего скорость мутирования у этих штаммов значительно повысилась. Склонность к мутациям также придавали IS-элементы (Insertion Sequence) — короткие фрагменты ДНК, которые способны перемещаться и размножаться внутри генома, не выполняя никакую полезную функцию. Например, в популяции Ara+1 31,8 процента мутаций представляли собой вставки IS-элементов, а у популяции Ara−5 (поколение 30 000) доля этого же типа мутации достигала 38,7 процента.

Ученые отмечают, что склонность к генетическим изменениям лишь незначительно повышала приспособляемость организма, поскольку в то же время увеличивалось число не только полезных, но и вредных мутаций. В гипермутированных E.coli отличить полезные генетические изменения от моря остальных мутаций (нейтральных и негативных) становится очень затруднительно. Поэтому исследователи обратили свое внимание на популяции, где скорость генетических изменений осталась на предковом уровне. На основе данных они построили модель зависимости между временем и числом полезных мутаций, которая позволяла точно предсказать уровень приспособленности у микроорганизмов из поколения 50 000. Чтобы снизить влияние статистической неопределенности, биологи обратились к дополнительным доказательствам.

Во-первых, так как нейтральные мутации не оказывают никакого влияния на приспособляемость, на них не действует естественный отбор, поэтому скорость их накопления должна быть сравнима с общей частотой мутаций. К таким генетическим изменениям, в частности, относят синонимичные замены, при которых изменение одного нуклеотида в гене на другой не приводит к замене аминокислоты в белке. Ученые рассчитали, во сколько раз несинонимичные мутации накапливаются быстрее, чем синонимичные. Результаты показали, что после 500-го поколения скорость была больше в 17,1 раза, а после 50 000-го — в 3,4 раза. Это говорит о том, что большинство несинонимичных мутаций были полезными и повышали приспособляемость организмов.

Исследователи также выяснили, что большинство мутаций, произошедших в ранних поколениях, были драйверными и оказывались полезными для кишечной палочки. С течением времени их доля снижалась, однако они не пропадали полностью.

Авторы статьи подчеркивают, что штаммы E. coli, участвующие в долговременном эксперименте, могут отличаться от многих природных популяций в важных аспектах, включая низкую частоту мутаций, отсутствие полового размножения и стабильные условия окружающей среды. Эффекты, которые могут накладывать неучтенные факторы на скорость накопления различных видов мутаций, должны быть учтены в будущих экспериментах.

03 февраля 2020

Герой февраля: кишечная палочка Escherichia coli

Скромная бактерия за полстолетия с момента ее открытия в конце XIX в. стала настоящей волшебной палочкой для молекулярной биологии. Сейчас результаты опытов с ее использованием занимают главы и тома профессиональных и популярных изданий. Конечно, в нашем путеводителе по модельным организмам E. coli должна была занять свое почетное место.

Двенадцать модельных организмов

Escherichia и Eschrichtius — Болезнь путешественников — Главная модельная бактерия — Учебник молекулярной генетики — Невезение с CRISPR/Cas

Рисунок 1а. Escherichia длиной 2 мкм

Рисунок 1б. Теодор Эшерих (1857–1911)

Рисунок 1в. Eschrichtius длиной 14 метров

Рисунок 1г. Даниэль Фредрик Эшрихт (1798–1863)

Клетки с относительно тонкой клеточной стенкой, не окрашивающиеся красителем генцианом фиолетовым (окраской бактерий по методу датского микробиолога Кристиана Грама).

Зачем же такую опасную бактерию сделали модельной? Дело в том, что в условиях культивирования кишечная палочка часто теряет патогенность, становится неспособной жить в естественных для себя условиях (то есть одомашнивается). И этим свойством в 1940-е годы воспользовались микробиологи, проведя с лабораторными штаммами E. coli (например, со знаменитым штаммом К12) много прорывных для науки экспериментов.

Так, манипулируя мутированными штаммами кишечной палочки, которые уже научились получать при помощи облучения, Джошуа Ледерберг и Эдуард Лаури Тейтем в 1947 году обнаружили способность разных штаммов обмениваться генетическим материалом и спасать друг друга от образовавшихся дефектов, проявлявшихся в неспособности расти на минимальной питательной среде. Так был открыт процесс конъюгации бактерий, который затем послужил важным инструментом для картирования бактериального генома . Ведь тогда это можно было делать только косвенными, микробиологическими методами — сама природа генетического кода была неизвестна.

Кстати, Джошуа Ледерберг был некоторое время мужем Эстер Ледерберг, первооткрывательницы бактериофага лямбда [3].

С начала 1950-х годов исследования по молекулярной генетике с использованием кишечной палочки и ее вирусов в качестве основного инструмента росли как снежный ком. Не будет преувеличением сказать, что к 70-м годам E. coli написала учебник молекулярной генетики! Вспомним открытие генетического кода, в котором участвовало несколько коллективов физиков и молекулярных биологов, в том числе Френсис Крик, Георгий Гамов и другие выдающиеся люди того времени [6]. Основные эксперименты по расшифровке кода велись на бесклеточных лизатах кишечной палочки.

Позднее обнаружилось, что E. coli хорошо подходит для зародившейся в 1960–1970-е годы биотехнологии [7]. Бактерия хорошо переносит введение в свою клетку гетерологичных (то есть чужеродных) генов и во многих случаях способна синтезировать их продукты без вреда для себя. Белки, полученные таким способом, стали называть рекомбинантными, и теперь они широко используются в медицине и других практических задачах.

Кишечная палочка — возможно, самый исследованный организм с точки зрения молекулярной биологии. Тем не менее у элементов ее генома до сих пор обнаруживают новые свойства. Это одновременно плохо (как же мало мы знаем!) и хорошо (будет чем заняться!). Совсем недавно на защите диссертации я услышал о том, как у одной из генных кассет эшерихии, участвующей в каскаде переработки сульфолипидов, также обнаружена и лактазная активность [8]. До этого такая активность была известна только у знаменитого лактозного оперона Жакоба и Моно, описанного в 1961 году!

Кажется, что E. coli — модельный организм без недостатков. Тем не менее биотехнологам не повезло, что у этой бактерии от природы нет системы бактериального иммунитета CRISPR/Cas [9], о которой я уже упоминал в эссе о бактериофаге лямбда [3]. Именно поэтому эту систему, ныне незаменимую в генной инженерии, открыли относительно поздно.

Кишечная палочка-выручалочка — это здорово (рис. 2). Но теперь пора переместиться в мир ядерных организмов. Удобным инструментом для молекулярной биологии и генетики эукариот оказались одноклеточные грибы — дрожжи — и гаплоидный плесневый гриб — нейроспора. Как они дошли до такой одноклеточной и гаплоидной жизни и что было открыто с их помощью — читайте в следующем материале нашего путеводителя по модельным организмам через месяц.

Благодарность

Рис. 1. Ход молекулярной эволюции в 12 популяциях кишечной палочки. Показаны изменения частоты встречаемости всех зарегистрированных новых мутаций. По горизонтальной оси — время в поколениях. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Но главное открытие, сделанное авторами, состоит не в этом. Эволюционная динамика, отображенная на рис. 1, не вписывается в простейшую модель, согласно которой адаптивная эволюция монокультуры бесполых организмов в стабильных условиях сводится к последовательной фиксации отбором вновь возникающих полезных мутаций.

Статистическая обработка данных, приведенных на рис. 1, показала, что эта простейшая модель не может объяснить наблюдаемую картину даже с учетом таких осложняющих обстоятельств, как генетический автостоп и клональная интерференция (конкуренция между клонами бактерий с разными полезными мутациями; см.: Clonal interference). Например, многие мутации, достигнув некоторой частоты, вдруг перестают распространяться, то есть двигаться дальше в сторону фиксации (таков естественный ход событий, если клон с данной мутацией имеет более высокую приспособленность, чем другие бактерии в популяции). Но эти клоны и не вымирают, проиграв конкуренцию клонам с более удачными мутациями. Вместо этого частота мутации начинает колебаться вокруг какого-то уровня. Эти колебания могут продолжаться десятки тысяч поколений, причем уровень, вокруг которого происходят колебания, может со временем меняться.

Метагеномные данные, полученные для каждой из 1440 проб, представляют собой множество отсеквенированных кусочков ДНК, принадлежащих разным индивидам. Поэтому нельзя сразу понять, какие мутации относятся к одному и тому же клону, а какие — к разным. Однако авторам удалось разобраться в этом, проанализировав согласованность изменения частот мутаций во времени (поскольку частоты мутаций, находящихся в одном и том же геноме, меняются синхронно). В итоге выяснилось, что по крайней мере в девяти из двенадцати подопытных популяций в течение длительного времени (свыше 10 000 поколений) имело место устойчивое сосуществование как минимум двух клад (эволюционных линий). Внутри этих клад шли свои собственные эволюционные процессы, то есть появлялись и фиксировались различные мутации (рис. 3).

Это значит, что в большинстве подопытных популяций произошла экологическая диверсификация. Разные клады как-то поделили между собой экологические ниши и стали устойчиво сосуществовать, приспосабливаясь теперь уже не к изначально заданным стабильным условиям среды, а к специфическому и переменчивому биотическому окружению.

Данное явление ранее было обнаружено в одной из двенадцати популяций (Ara-2). Две клады, сосуществующие в этой популяции, имеют разный обмен веществ и используют к своей выгоде продукты жизнедеятельности другой клады. Устойчивое сосуществование обеспечивается частотно-зависимым балансирующим отбором. Это значит, что относительная приспособленность клады тем выше, чем ниже ее численность (J. Plucain et al., 2014. Epistasis and allele specificity in the emergence of a stable polymorphism in Escherichia coli). Новые данные показали, что аналогичная ситуация сложилась как минимум в девяти из двенадцати популяций. Таким образом, экологическая диверсификация — не случайный эпизод, а общая закономерность.

Статистический анализ распределения мутаций во времени показал, что в одних генах мутации преимущественно фиксировались в начале эксперимента (на ранних этапах адаптации), тогда как в других генах мутации начали фиксироваться лишь на поздних этапах. Это объясняется тремя причинами, причем все три, по мнению авторов, реально работают в ходе эксперимента (строго доказать это пока нельзя, но есть косвенные статистические аргументы в пользу реальности всех трех причин).

Таким образом, долгосрочный эволюционный эксперимент опроверг чрезмерно упрощенные представления о том, как должна идти адаптация бесполой популяции к стабильным условиям среды. Ничего похожего на замедление и остановку адаптивной эволюции по мере приближения к оптимуму (пику на ландшафте приспособленности) не наблюдается, запас потенциально полезных мутаций не исчерпывается, и даже темп их накопления практически не снижается. Вместо этого мы видим самопроизвольное усложнение эволюционирующего сообщества, которое из монокультуры превращается в экосистему с подразделенными нишами и коэволюционирующими кладами и явно не собирается в обозримом будущем переходить в состояние эволюционного стазиса. Так что Лесли Оргел был, конечно, прав насчет того, кто умнее — эволюция или теоретики, считающие, что всё про нее знают.

Кишечная палочка считается одним из самых распространенных бактерий. Область ее обитания – кишечник человека и некоторых животных. Считается, что после попадания в окружающую среду (бактерия выводится из организма вместе с каловыми массами), она может в течение длительного периода сохранять свою жизнеспособность даже под воздействием внешних факторов.

Бактерии рода кишечной палочки могут быть как безопасными для организма человека, так и патогенными, способными привести к развитию многочисленных заболеваний. Для этих патологий характерны свои ярко выраженные симптомы. При их появлении человеку необходимо срочно обратиться в медицинское учреждение, иначе недуг, вызванный возбудителем, может привести к развитию серьезных осложнений, жизненно-опасных для человека.

Характеристика микроорганизма

Кишечная палочка представляет собой бактерию рода Escherichia из семейства Enterobacteriaceae. Данный микроорганизм активно размножается в человеческом организме, в частности, в различных отделах кишечника. Попадая вместе с каловыми массами в окружающую среду, бактерия может на протяжении нескольких месяцев сохранять свою жизнеспособность. Активная микрофлора содержится в воде, почве, кале, а также в некоторых продуктах питания (особенно, в молоке, мясе).

Кишечную палочку принято разделять на непатогенную и патогенную. Представители нормальном микрофлоры, обитающие в кишечнике, оказывают ряд полезных для организма действий. Прежде всего, данные микроорганизмы нормализуют кишечную микрофлору, подавляя рост вредных бактерий. Кроме того, они синтезируют витамин К, необходимый для поддержания нормального процесса свертываемости крови и выполнения других важных функций в организме.

Некоторые из представителей данного вида способны выделять ферменты, расщепляющие лактозу. Однако, безопасными данные бактерии остаются лишь тогда, когда они находятся в полости кишечника. При проникновении в другие органы, непатогенная микрофлора может спровоцировать развитие воспаления.

Классификация и виды бактерий

Бактерии группы кишечной палочки могут быть безопасными и патогенными. В свою очередь, непатогенная микрофлора может быть лактозопозитивными (в большинстве случаев), то есть способными расщеплять лактозу, либо лактозонегативными, не имеющими такой способности.

Патогенные микроорганизмы принято разделять на следующие виды:

Энтерогеморрагическая кишечная палочка – группа бактерий, приводящая к развитию диареи и кишечных кровотечений;
Энтеропатогенная – бактерии данного вида негативно воздействуют на эпителиальный слой кишечника, разрушая его ворсинки. Результатом такого воздействия становится продолжительное нарушение стула и метаболических процессов;
Энтероинвазивная – микроорганизмы внедряются в ткани кишечных стенок, что приводит к развитию выраженного очага воспаления.

Причины и пути передачи

Необходимо понимать, какие причины способствуют проникновению патогенной кишечной палочки в организм и ее активизации (размножению) в кишечнике. К числу таких причин относят:

Нарушение микрофлоры кишечника, в частности, массовая гибель полезных микроорганизмов в результате заболеваний ЖКТ;
Патологии поджелудочной железы;
Воспаления в кишечнике;
Длительное употребление антибактериальных препаратов (несмотря на то, что данная лекарственная группа предназначена именно для борьбы с патогенной микрофлорой, бесконтрольный прием антибиотиков может привести к обратной ситуации: бактерии приспосабливаются к действию лекарства и теряют чувствительность к его активным веществам. В результате этого происходит усиленный рост численности вредной микрофлоры);
Несоблюдение правил личной гигиены;
Употребление зараженных продуктов питания и воды.

Кишечная палочка, относящаяся к патогенному виду, попадает в организм человека различными способами:

Через продукты питания. Например, если человек употребляет сырое молоко, мясо, не прошедшее должную термическую обработку, сырое молоко;
Контактно – бытовой способ, например, при контакте с больным человеком (через немытые руки), при использовании зараженных вещей и предметов обихода;
Родовой способ, когда бактерия передается новорожденному от больной матери;
Половой. Во время полового акта кишечная палочка также может проникнуть в организм, хотя происходит это довольно редко.

Характерные симптомы

При активном развитии патогенной кишечной палочки в организме человека, появляются специфические симптомы, такие как потеря аппетита, диарея, тошнота и рвота, болезненные ощущения в различных отделах живота. При этом меняется структура, цвет и запах каловых масс. Кал становится более жидким, водянистым, может приобретать слизистую консистенцию. Цвет его становится более светлым, возможно появление в каловых массах кровянистых прожилок. Кал приобретает более резкий и неприятный запах.

У больного наблюдается обильное отхождение рвотных масс. При этом рвота приобретает специфический зеленый оттенок и резкий запах. У пациента отмечается выраженная слабость, отсутствие работоспособности, головокружения. В тяжелых случаях развивается нарушение жидкостного баланса организма со всеми характерными для данного состояния симптомами (бледность, сухость эпидермиса и наружных слизистых оболочек, слабость, постоянная жажда).

Стадии и проявления

Клинические признаки развития опасных заболеваний, возбудителем которых является кишечная палочка патогенного типа, зависят от давности проникновения болезнетворной микрофлоры в кишечник, а также от количества бактерий и продуктов жизнедеятельности, выделяемых ими. В соответствии с этими параметрами, выделяют 3 стадии развития патологического процесса. Для каждой из них характерен свой набор признаков.

Этап	Проявления и симптомы
Начальная стадия патологии, когда в организме человека наблюдается незначительное количество патогенной микрофлоры.	Симптомы и проявления патологического процесса носят умеренный характер. Больного беспокоит периодически появляющаяся слабость, умеренная диарея (или запор), чувство распирания в животе, возникающее через некоторое время после приема пищи.
Этап развития, во время которого увеличивается рост численности патогенных микроорганизмов, полезные бактерии, напротив, начинают отмирать.	Возникает выраженное расстройство желудка, сопровождающееся обильным выделением каловых масс, которые теперь имеют водянистую или слизистую консистенцию. Во время акта дефекации пациент испытывает тянущую боль внизу живота. Усиливается рвота. Пациент теряет аппетит, его самочувствие ухудшается в значительной степени. Имеет место повышение температуры, озноб.
Завершающая стадия.	На данном этапе симптомы имеют наиболее выраженную характеристику. В тяжелых случаях развивается кровавая диарея, обезвоживание, рвотные массы приобретают зеленый цвет. В этом случае пациенту необходима экстренная госпитализация.

При нормальном течении патологического процесса происходит постепенное самоочищение кишечника, после чего наступает улучшение.

Осложнения и заболевания

Патогенная форма кишечной палочки может приводить к развитию весьма неприятных последствий, заболеваний, значительно нарушающих самочувствие человека, несущих реальную угрозу для его здоровья. У женщин кишечная палочка, проникающая в область уретры или влагалища, может привести к таким патологиям как кольпит, уретрит. Частыми заболеваниями, возникающими у представительниц прекрасного пола, являются цистит, эндометрит, пиелонефрит, аднексит. Также возникают различные неприятные симптомы, такие как сильный и болезненный зуд во влагалище, творожистые, резко пахнущие выделения из половых органов.

У мужчин развиваются такие патологии как обильная диарея, токсическое поражение организма, сопровождающееся рвотой, ухудшением общего состояния. Возможно развитие следующих заболеваний: простатит, орхит, эпидидимит, пиелонефрит, воспаление тканей мочевого пузыря и нарушение его функциональности (анурия, энурез).

Особенно опасной патогенная кишечная палочка считается для детей. У зараженного ребенка наблюдается значительная гипертермия, сильный и зловонный понос, потеря аппетита и массы тела, признаки обезвоживания, истощения. Нарушается работа иммунной системы. Появляются области нагноения, которые могут привести к токсическому заражению крови и внутренних органов.

Методы диагностики

Для того, чтобы назначить подходящее лечение, необходимо поставить точный диагноз. Для этого используют различные диагностические мероприятия. Прежде всего, врач проводит беседу с пациентом, устанавливает совокупность симптомов и жалоб, беспокоящих больного, длительность и обстоятельства их появления. После этого больному назначают различные лабораторные и инструментальные обследования.

Инструментальные способы диагностики необходимы для того, чтобы выявить поражения кишечника и других органов (почки, желчный пузырь). Использование таких методов необходимо не всегда, а только в том случае, если имеются симптомы соответствующих заболеваний.

Для выявления патологического процесса большое значение имеют именно лабораторные методы исследования, позволяющие не только выявить нарушения микрофлоры, но и определить конкретного возбудителя инфекции, оценить степень его чувствительности к тем или иным антибактериальным веществам. Это необходимо для выбора подходящей схемы лечения.

Анализ крови на кишечную палочку. В норме данный микроорганизм в крови не содержится. Если же бактерию обнаруживают, это говорит о том, что здоровье и жизнь человека находятся в опасности, ведь проникновение возбудителя в кровоток может спровоцировать развитие сепсиса (заражения крови) – жизненно-опасного состояния, способного привести к летальному исходу.
Исследование мочи. Обнаружение возбудителя в моче говорит о заражении органов мочевыделительной системы и необходимости срочной антибактериальной терапии. О стадии развития заражения судят по количеству бактерий, имеющимся признакам;
Мазок из влагалища. В норме кишечная палочка в мазке отсутствует. Если же она обнаружена, это свидетельствует о заражении органов репродуктивной системы;
Исследование кала. При развитии кишечной палочки данные микроорганизмы в большом количестве присутствуют в каловых массах (в норме содержание этих микроорганизмов допускается, но в значительно меньшем количестве). После того, как возбудитель обнаружен, выполняется процедура бактериального посева. То есть бактерию помещают в особую среду, после чего оценивают дальнейшее ее развитие и размножение. Это позволяет определить тип микроорганизма, его чувствительность к различным видам антибиотиков.

Методы терапии

Лечение патологий, вызванных кишечной палочкой, включает в себя следующие моменты:

Медикаментозная терапия и прием витаминов для восстановления иммунитета;
Использование средств – пробиотиков для нормализации кишечной микрофлоры и устранения дисбактериоза;
Соблюдение особого режима питания.

Медикаментозное лечение предполагает использование лекарственных средств различных групп. Это, прежде всего антибиотики, препараты для устранения воспалений в мочевыводящих органах, органах половой системы, средства, предотвращающие развитие обезвоживания, препараты, восстанавливающие здоровую микрофлору в кишечнике, витаминные препараты для укрепления иммунной системы.

Диета предполагает употребление большого количества кисломолочных продуктов, обогащенных полезными бактериями, овощей и фруктов, нормализующих процесс пищеварения, травяных отваров, обладающих противовоспалительным действием. Запрещено употребление блюд, тяжелых для переваривания и продвижения по пищеварительному тракту. Это жирные и жареные блюда, острые, соленые, сладкие продукты, газированная вода, полуфабрикаты, консервы и колбасные изделия, а также же продукты, вызывающие чувство дискомфорта у конкретного человека.

В нашем организме живут миллионы бактерий — их общий вес составляет около двух килограммов. Кишечная палочка занимает среди них далеко не последнее место. Эта бактерия может долгое время помогать человеку в формировании микрофлоры и пищеварении, а может в один момент превратиться в серьезную медицинскую проблему. В нашей статье мы расскажем о способах выявления кишечной палочки.

Кишечная палочка, или Escherichia coli (Эшерихия коли) — это палочковидная бактерия, которая обитает в кишечнике человека и некоторых животных. Существует более сотни разновидностей этой палочки. Большинство из них совершенно безвредны, но некоторые могут вызвать серьезные заболевания.

У здорового человека Escherichia coli живет в толстом кишечнике. Ее количество обычно составляет 104–1010 КОЕ в 1 мл содержимого. В кишечнике эта бактерия участвует в переваривании пищи, синтезирует нужные нам витамины, а также производит органические кислоты. Эти кислоты создают благоприятную среду для развития лакто- и бифидобактерий.

Чаще всего кишечная палочка попадает в другие органы при нарушении гигиены или при снижении иммунитета. Попадая в женскую половую систему, она вызывает кольпит, аднексит, другие воспалительные заболевания. Особенно опасно заражение при беременности и после родов. Это может вызвать внутриутробную инфекцию у ребенка и стать причиной послеродового эндометрита у матери. Мужчин эта опасность тоже не обходит стороной. Кишечная палочка, попавшая в уретру, может вызвать уретрит, простатит, воспаление придатков и яичек.

Кроме этого, нормальная кишечная палочка может мутировать и становиться действительно опасной. Некоторые виды этой бактерии, например O157:H7, O104:H4, O121 и O104:H21, выделяют сильные токсины. Они могут вызвать гемолитико-уремический синдром, перитонит, пневмонию, пищевые отравления.

Чаще всего мутировавшая кишечная палочка попадает в организм вместе с продуктами питания, такими как немытые овощи, плохо обработанное мясо, молоко. Но в некоторых случаях такие штаммы могут образоваться внутри организма в результате мутаций и обмена генами.

Патогенная кишечная палочка нередко вызывает диарею. Обычно эшерихиозом страдают дети младшего возраста и люди, путешествующие в страны с низким уровнем гигиены (так называемая диарея путешественников). Вовремя проведенный анализ позволит выявить кишечную палочку и начать лечение.

Некоторые опасные штаммы кишечной палочки могут вызвать гемолитико-уремический синдром (ГУС). Это тяжелое состояние, при котором в мелких сосудах образуется большое количество тромбов, собственные эритроциты разрушаются и возникает полиорганная недостаточность — тяжелая стресс-реакция организма. При любом подозрении на ГУС обязательно проводят анализ на энтеропатогенные (опасные) эшерихии.

Обычный бактериологический анализ, который проводят при воспалительных заболеваниях органов половой системы, послеродовых эндометритах и других, — также может показать наличие кишечной палочки.

Еще одним показанием к проведению исследования является дисбактериоз. Изменение состава микрофлоры кишечника может привести к проблемам с пищеварением, к урчанию и болям в животе. Нарушение образования витаминов и повышенное всасывание токсинов приводит к слабости, утомляемости и другим неспецифическим симптомам.

Кишечную палочку можно обнаружить в кале, в моче, в мазках с поверхности половых органов или из ран, при посеве промывных вод. Также во время исследований она может быть обнаружена в ране, в легких.

Основным методом анализа для обнаружения кишечной палочки является бактериологический посев. Для этого небольшое количество материала помещают в питательную среду, на которой бактерии очень хорошо размножаются. Результат подсчитывают через несколько дней по количеству образовавшихся колоний. Единица измерения — КОЕ/мл, то есть количество бактерий, из которых при исследовании выросли колонии, в миллилитре материала.

Также существует метод ПЦР-диагностики. Он позволяет сказать, присутствует ли в материале патогенная кишечная палочка. Но ни количество бактерий, ни их чувствительность к лекарственным препаратам этот метод не покажет.

Другие методы, которые не подразумевают выделение чистой культуры кишечной палочки, могут сказать о заражении только косвенно. Например, в общем анализе мочи могут обнаружить бактерии в виде палочек. Но для того чтобы определить их вид придется сдавать дополнительно бактериологический посев. Похожая ситуация и с копрограммой. Анализ может дать представление о состоянии желудка и кишечника, но не позволяет выявить конкретные бактерии.

Общий анализ крови позволяет выявить характерные для воспалительных заболеваний сдвиги. Но они могут быть вызваны не только эшерихиозом, но и дизентерией, пневмонией или любым другим воспалительным заболеванием.

Любое бактериологическое исследование нужно проводить до начала лечения антибиотиками. В противном случае можно получить ложноотрицательный результат.

Анализ кала на кишечную палочку собирается в стерильную пробирку с транспортной средой. Для этого нужно заранее подготовить судно или другую емкость, тщательно вымыть ее и ополоснуть кипятком. В эту емкость собирается кал после естественной дефекации. Из специальной пробирки с транспортной средой нужно достать аппликатор, погрузить его в несколько участков собранного биоматериала и снова убрать в пробирку, плотно закрыв крышку. Если в собранном материале присутствуют кишечные палочки, бактериологический анализ это покажет.

Анализ мочи на бактериологическое исследование тоже собирают в специальную стерильную емкость. Собрать материал можно в любое время суток. Перед этим обязательно нужно принять душ, чтобы в емкость не попали бактерии с поверхности кожи. Чем скорее получится доставить материал в лабораторию, тем лучше.

Мазки и соскобы урогенитального тракта при подозрении на уретрит, вагинит и любые другие мочеполовые заболевания, вызванные кишечной палочкой, забирают сразу в лаборатории или на приеме врача. Специальной щеточкой делается соскоб из уретры, со стенок влагалища или с шейки матки. Это не очень приятная процедура, но без нее не обойтись.

Быстрый анализ, который позволяет выявить в материале ДНК кишечной палочки, проводится за 1–2 рабочих дня. Результат бактериологического анализа на кишечную палочку придется ждать дольше — от 5 до 7 дней. За это время выращивается культура клеток, определяется их вид, проводится анализ на чувствительность к антибиотикам и бактериофагам.

В норме кишечной палочки не должно быть нигде, кроме толстого кишечника. То есть если вы сдаете мочу или мазок, то лучший результат — это отрицательное заключение. Если речь идет о содержимом кишечника, то здесь не должно обнаруживаться энтеропатогенных кишечных палочек, таких как O157:H7. В некоторых лабораториях проводят быстрый ПЦР-тест на целую группу таких бактерий.

При определении чувствительности к антибиотикам или бактериофагам выдается бланк, на котором напротив каждого наименования написана степень влияния препарата на рост бактерии. По такому бланку врач за несколько минут подберет наиболее эффективный для конкретного случая антибиотик.

Анализ на эшерихиоз можно сдать как в обычной поликлинике, так и в частной лаборатории. Желательно заранее уточнить, какой метод исследования при этом используется.

Бактериологические исследования лучше проводить в клиниках и лабораториях, оснащенных автоматическими и полуавтоматическими анализаторами. Это исключает человеческий фактор, позволяет проводить исследование с широким перечнем антибиотиков и бактериофагов. Такие оснащенные лаборатории имеют как современные государственные больницы, занимающиеся лечением инфекционных болезней, так и частные медицинские центры.

Также стоит обратить внимание на время проведения исследования. Для бактериологического исследования это не менее пяти дней. Раньше бактерия просто не успеет вырасти в достаточном для анализа количестве. Время больше 7–10 дней говорит о том, что исследование будет проводиться в сторонней лаборатории. Это существенный недостаток, поскольку речь идет о транспортировке биоматериала, что нежелательно: чем раньше был доставлен материал, тем более достоверным будет результат.

Кишечная палочка — неотъемлемая часть микрофлоры кишечника. Пока она находится под контролем организма, ее клетки помогают синтезировать витамины, переваривать пищу, создавать благоприятную среду для жизни других полезных микробов. Но любое нарушение этого равновесия грозит патологиями вплоть до серьезных воспалительных заболеваний. К счастью, медицина помогает нам вовремя выявить отклонения от нормы и приять соответствующие меры.

Читайте также: