Sterling – HTML5 Responsive Website Template

新聞資訊

行業資訊●政策信息●展會信息●健康資訊●活動資訊

致病性大腸桿菌和同一健康的相關性

致病性大腸桿菌和同一健康的相關性

Narelle Fegan,Kari S. Gobius

摘要 大腸桿菌(Escherichia coli)是恒溫動物腸道內正常菌群的組成部分,雖然有一些型別能引起疾病,但通常對宿主無害。大腸桿菌中最重要的血清型為腸出血性大腸桿菌(enterohaemorrhagic E. coli, EHEC),能導致嚴重的人類疾病,甚至是死亡。EHEC存在動物宿主(特別是牛),所以也被認為是一種重要的人畜共患病病原體,對同一健康有重要影響。EHEC可通過食用由受感染動物制成的食品或被這些動物的排泄物直接或間接污染的食物而傳播給人類。越來越多的證據表明,EHEC還與未煮熟的綠葉蔬菜和芽菜有關。大腸桿菌的幾次大暴發強調了從同一健康的觀點來應對這些生物的重要性。 

1引言 

大腸桿菌是恒溫動物腸道內的一種微生物。在大多數情況下大腸桿菌不會對宿主產生危害,但是有些類型的大腸桿菌卻可以引起動物或人類的疾病。大腸桿菌通常經糞—口途徑傳播,這使致病性大腸桿菌成為經食物和水傳播的重要病原體。盡管大多數的致病性大腸桿菌被認為具有物種特異性,但從同一健康的角度來看,那些可以從動物傳播到人類并引起疾病的大腸桿菌均具有特殊意義。這些大腸桿菌可以從動物宿主直接進入人類宿主,通過直接接觸或是食用性動物制成的食品,或者是其他更復雜的途徑。此過程不僅涉及原始宿主,也包括了其他的動物和環境因素。因此大腸桿菌是與同一健康有重要聯系的病原體之一。 

2大腸桿菌——人和動物共同的致病菌

大多數大腸桿菌棲居于宿主腸道內,一般多不致病,但是某些血清型菌株在一定條件下可對人或動物宿主產生致病性,并且能引起如腹瀉等胃腸道疾病或腸道外感染,如尿路感染、腦膜炎或敗血癥(Sousa 2006)。對于人類而言,大腸桿菌帶來的最大的疾病負擔來自于腸道感染,從自限性腹瀉到出血性腹瀉,甚至可能出現嚴重的并發癥從而導致死亡。大腸桿菌也是一種具有獸醫學意義的病原體,它可引起動物患病從而造成經濟損失,如引起牛和豬的乳腺炎(Gerjets和Kemper 2009; Shpigel et al. 2008),同時它還能造成禽類的大腸桿菌病(Olsen et al. 2011)或者致病于貓和狗等寵物。

按毒力因子、臨床癥狀和血清學型別,致病性大腸桿菌可分為多種不同類型(Wasteson 2002),最重要的類型將會在下文進行介紹。除EHEC外,當前大多數的致病性大腸桿菌由于宿主特異性并不作為主要的人畜共患病病原體。然而,大腸桿菌可以交換遺傳物質,有可能出現能夠跨越物種屏障引起人類疾病的新型致病原。下節將會簡要介紹這些致病菌,因為它們可能與將來的新發人畜共患病有關。

與尿路致病性大腸埃希菌(UPEC)有關的尿路感染是由大腸桿菌引起的最常見腸道外感染。雖然多數人認為UPEC來自其宿主腸道,但也有新的證據表明,盡管目前動物作為這些腸外致病性大腸桿菌重要儲存宿主的作用機制尚不清楚,但動物很有可能是這些病原體潛在的宿主(Belanger et al. 2011)。

有幾類重要的致病性大腸桿菌能造成人和動物的胃腸道疾病,但很少有證據證明這些類型可以進行人獸之間的跨物種傳播,包括腸毒性大腸埃希桿菌(ETEC)。該菌是造成“旅行者腹瀉”的主要病原體,可產生耐熱和不耐熱腸毒素,并導致水樣腹瀉。ETEC可以引起人和新生動物發病,但是由于黏附于宿主腸道的黏附素具有物種特異性,因此人與感染動物會產生不同類型的ETEC(Nataro和Kaper 1998)。腸致病性大腸桿菌(EPEC)是造成發展中國家嬰幼兒腹瀉的重要原因,也可致病于動物。EPEC一個重要的特征是對腸黏膜上皮細胞的黏附抹平效應(A/E),這是由于細菌與微絨毛的緊密黏附以及隨后發生的上皮細胞的細胞骨架變化,使得細菌黏附位點下方形成一個底座結構而引起的。A/E的基因是由一個LEE致病島所編碼的(Nataro和Kaper 1998)。黏附機制包括了由這種LEE致病島編碼的蛋白質——緊密黏附素、菌毛(如束狀菌毛),它們對EPEC的病理機制和宿主特異性產生了重要作用(Mundy et al. 2007; Bardiau et al. 2010)。

有些致病性大腸桿菌似乎只對人具有特異性,如腸黏附性大腸桿菌(EAEC)可以引起長達14天之久的持續性腹瀉和旅行者急性腹瀉。EAEC沒有明確的定義,它包括了許多不同類型的大腸桿菌。EAEC的共同結構特征是由于黏附素存在而形成的“疊磚樣”黏附結構,被稱為集聚性黏附(AA)。盡管我們對EHEC在人體外的生態學知識了解甚少,但是可以明確的是EAEC沒有明顯的宿主。而與志賀菌屬有密切聯系并且引起相似疾病的EIEC似乎是人體特有的致病性大腸桿菌,目前并未從其他動物體內分離出來。

EHEC是一類有LEE致病島,且可以產生志賀樣毒素(Stx)的致病性大腸桿菌(Nataro和Kaper 1998),因其可以引起人類嚴重疾病并且有其他動物宿主,這使得從同一健康的視角來看,EHEC是大腸桿菌中最重要的一類,而且它們會是這章的重點。EHEC可造成嚴重甚至致死的疾病,雖然有些型別的EHEC能造成幼年動物腹瀉,但成年反芻動物仍是其主要宿主(Hornitzky et al. 2005)。由攜帶EHEC的動物所制成的食品有可能會受到污染并且導致疾病的大暴發,因此大腸桿菌已被世界衛生組織列為動物生產與食品安全未來發展的首要標準之一(Knight-Jones et al. 2010)。最廣為人知的EHEC血清型是大腸桿菌O157:H7,但是許多該菌的其他血清型也能造成人類的嚴重疾病(Karmali 2005)。

3人類疾病、病理機制和治療

EHEC引起的人類疾病可從無癥狀攜帶者、腹瀉、出血性腹瀉(出血性結腸炎)到可能致死的溶血性尿毒綜合征(haemolytic uraemic syndrome, HUS)(Karmali 2005)。EHEC在感染早期(感染后1~4天內)會表現為腹絞痛和腹瀉癥狀,也有可能出現出血性結腸炎,而10%~25%的病例會發生HUS(Nataro和Kaper 1998;Karmali 1989)。HUS可能會于腹瀉后5~13天發生,臨床表現包括因急性腎衰竭而導致尿量較少、微血管病性溶血性貧血(微小血管的病變引起紅細胞破裂而發生溶血與貧血)以及血小板減少(Tarr et al. 2005)。大多數HUS病例都會完全恢復,但是有12%~30%的病例會出現嚴重的腎臟損害與其他并發癥,5%病例甚至出現死亡(Nataro和Kaper 1998)。其他的并發癥也會出現如心肌功能障礙、胰腺炎、肝炎、肺水腫和神經損害(Tarr et al. 2005)等癥狀。EHEC感染是兒童急性腎衰竭的主要原因(Karmali et al. 2010),加上其潛在的致死性特征,已成為目前疾病防控的重點。

EHEC引起疾病的主要原因是因為該菌存在兩個重要的毒力因子,一是由于EHEC感染而產生的、會引起很嚴重后果的志賀毒素,二是通過A/E的細胞病理學機制,可使細菌在腸道寄生的LEE致病島(Nataro和Kaper 1998)。除了EHEC外還有很多大腸桿菌可產生志賀毒素,它們被統稱為產志賀毒素大腸桿菌(Shiga toxigenic E. Coli, STEC),通常存在于動物體內(Karmali 2005),而且不是所有的型別都能感染人類。志賀毒素有Stx1和Stx2兩種類型,Stx1與痢疾志賀氏菌產生的毒素密切相關(Pennington 2010)。Stx由整合到細菌基因組的噬菌體所編碼,并由腸道內細菌產生,能夠穿過上皮細胞進入血管,并與人類腎細胞表面的球丙糖酰基鞘氨醇(Gb3)特異性結合(Pennington 2010),一旦與Gb3結合之后,志賀毒素就會被細胞內化,從而抑制蛋白質合成,最終導致細胞凋亡(Pennington 2010)。LEE致病島有助于EHEC附著于腸上皮細胞,但這不是HUS發生的主要原因。EHEC部分血清型在產生Stx的同時,可以利用其他的黏附機制來損害腸道(Doughty et al. 2002; Wu et al. 2010),因此深刻認識毒力因子在STEC和EHEC引起人類疾病中的作用是將來研究的一個重要領域。

目前尚無有效的方法可治療EHEC感染,主要依靠支持療法,如維持體液和電解質平衡(Goldwater和Bettelheim 2012)。EHEC可在感染后很短的時間內產生毒素,并在EHEC從腸道清除后繼續在體內循環(Nataro和Kaper 1998)。EHEC感染通常不會使用抗生素治療,因為抗生素可以刺激志賀毒素的釋放(Wong et al. 2000)。目前已有多種方法用來應對人體受感染后志賀毒素的作用并且預防感染者發展為HUS,包括使用志賀毒素特異性中和抗體、其他毒素結合劑或中和劑(Goldwater和Bettelheim 2012)。目前相關疫苗在動物模型中取得一定進展,但要用于人類預防感染方面仍有很長的路要走(Goldwater和Bettelheim 2012),而防止發生嚴重疾病的最有效方法是預防首次感染。

4疾病暴發及與動物的聯系

EHEC的低劑量(低于10個細胞)攝入就可以引起感染的發生(Hara-Kudo和Takatori 2011),因此即使是極少量細菌的感染也可造成健康風險。EHEC引起的感染多是散發的,并且沒有明顯的食品或動物來源。人際間傳播可引起疾病暴發,尤其是在幼兒園幼年兒童間的傳播(Gilbert et al. 2008; Raffaelli et al. 2007),但更多暴發與食品污染尤其是與動物源性食品的污染有關。1992—2008年間在英格蘭和威爾士有過84次的EHEC暴發,共造成1168人感染,其中286例住院,12例死亡(Gormley et al. 2011)。在已經確定的44次食源性暴發中,因食用紅肉所致的占37%,飲用牛奶和奶制品引起的占到30%,說明EHEC暴發和牛及其相關動物制品間有很強的關聯(Gormley et al. 2011)。

在動物園、農場、牛仔競技表演或展覽中,直接與動物及其周圍環境的接觸是幾次EHEC暴發的原因(Stirling et al. 2008;Steinmuller et al. 2006;Lanier Et al. 2011)。有些地方,水果經帶菌水源、肥料或土壤污染后,會導致飲用果汁也可引起EHEC的暴發(Vojdani et al. 2008)。1996年,飲用未消毒的蘋果汁而引起的大腸桿菌O157:H7暴發造成了美國西部和加拿大British Columbia的70人感染。調查結果顯示,供應水果的果園中養殖了感染大腸桿菌O157:H7的鹿群,而掉落的蘋果很可能因接觸土壤和鹿的排泄物而受到污染(Cody et al. 1999)。其他許多地方的新鮮農產品所引起的暴發也可能與植物和肥料、污水、灌溉水和其他徑流的接觸有關(Beuchat 2006)。農場徑流可以污染飲用水水源,如果處理系統不完善將有可能導致疾病暴發。2000年,加拿大Walkerton發生空腸彎曲菌和大腸桿菌O157:H7的大暴發。這場大暴發導致了2300例胃腸炎病例(該鎮人口為4800人)發生,其中包含27例HUS及7例死亡(Hrudey et al. 2003)。原因是連日的暴雨使得農場徑流污染了城市用水的地下水井,同時,水處理廠的加氯裝置未能有效清除供水水體中的污染物(Danon-Schaffer 2001)。這些暴發均說明了通常導致人類疾病事件關系鏈與致病菌傳播途徑的復雜性。

5傳染源和傳播途徑

有人已經在很多反芻動物中分離到EHEC的O157:H7血清型菌株,包括綿羊、山羊、鹿、野牛和水牛,但其最重要的宿主是牛(Ferens和Hovde 2011)。大腸桿菌O157:H7偶爾也可以從豬、狗、大鼠、兔、馬、兩棲類、魚類、各種鳥類和昆蟲(包括蒼蠅和甲蟲)等體內分離。但這些動物并不是這種病菌的主要宿主,僅在動物、人類和環境相互傳播中起到部分作用(Garcia et al. 2010; Ferens和Hovde 2011)。牛和其他反芻動物被認為是大腸桿菌O157:H7最重要的人獸共患傳染源,但存在于一些未知動物宿主中的大腸桿菌也可以作為牛感染的長期來源(Garcia et al. 2010)。除了大腸桿菌O157:H7之外的其他EHEC(如O111和O26)已從多種動物體內分離(Bettelheim 2007),包括有腹瀉癥狀的幼年期動物(Hornitzky et al. 2005; Jenkins et al. 2008; Badouei et al. 2010)。

EHEC的最重要的宿主是牛,我們經常可以在牛的腸道內發現EHEC,并且該菌還可以隨糞便排出體外,在牛皮和牛的口腔中也常有發現(Fegan et al. 2005; Keen和Elder 2002)。大腸桿菌O157:H7通常會選擇性地寄生在靠近直腸肛管交界處的直腸遠端(Naylor et al. 2003),這種寄生特異性是由LEE致病島和大腸桿菌O157:H7攜帶的質粒所介導的(Sheng et al. 2006; Naylor et al. 2005)。在腸道中所發現的其他EHEC血清型并未顯示出特定的組織嗜性(Aktan et al. 2007)。調查發現,EHEC在動物的傳播范圍較廣,從非患病動物到大多數動物都可以排出病原菌(Barlow和Mellor 2010;Rhoades et al. 2009; Masana et al. 2010; Kobayashi et al. 2009; 54 N. Fegan和K. S. Gobius Hussein 2007)。目前對于EHEC動物攜帶者的大多數了解都來自對大腸桿菌O157:H7的研究,動物大腸桿菌O157:H7排出量是可變的,通常取決于該動物的年齡(2月~2歲之間的動物排出量更高)和當地的天氣(在有些國家天氣較溫暖時排出量更高)(Garcia et al. 2010)。盡管有些動物是病原菌的持續性排出者(Robinson et al. 2004),但大多數動物都是間歇性的,僅能在某一段時間、短期內排出大腸桿菌O157:H7。大多數動物的排泄物中僅有少量大腸桿菌O157:H7(<1000或10000cfu/g),但也有少數動物可排出大量的大腸桿菌O157:H7,它們被稱為高水平攜帶者或超級帶菌者(Low et al. 2005; Omisakin et al. 2003),少數的超級帶菌動物可排出的大腸桿菌O157:H7會占到全部動物排出量96% (Omisakin et al. 2003),在牛群中傳播(Cobbold et al. 2007; Matthews et al. 2006)和動物尸體處理(Fegan et al. 2005, 2009)時存在很大的危險性。病原菌的大量排出也同樣可以發生于EHEC的其他血清型中(Menrath et al. 2010)。目前,還不清楚關于這些細菌大量排出的影響因素,但是關注這些動物,對于減少人的EHEC感染來說是十分重要的(Chase-Topping et al. 2008)。

EHEC在動物和人之間的傳播可以是直接的,如直接接觸,也可以更為復雜。由攜帶EHEC的動物制成的食品,如肉類和奶制品,可能會在其生產加工過程中受到污染,若被人體攝入后則會引起疾病。另外,由于肥料和排泄物中可能帶有EHEC,所以牛排泄物中的大腸桿菌也會污染農場環境(Fremaux et al. 2008)。雖然適當的堆肥或排泄物處理可以殺滅大腸桿菌O157:H7,但在不同的土壤和肥料成分中,大腸桿菌存活時間不同(可以達到幾個月甚至更長)(Fremaux et al. 2008; Ferens和Hovde 2011)。降雨可使得農場中的大腸桿菌散布至附近的水域,如果用污水灌溉新鮮農產品(Hilborn et al. 1999)、飲用污水或是在其中游泳都會導致疾病發生(Olsen et al. 2002; Centres for Disease Control and Prevention 1996; Hrudey et al. 2003)。了解EHEC在動物、人和環境之間的傳播機制,制定措施以控制其傳播將對降低該致病菌在人群中的發病風險具有重要作用。

6腸出血性大腸桿菌的防控

目前幾乎沒有治療感染腸出血性大腸桿菌患者的有效方法,因此防止機體攝入病原菌是最有效的控制方法,降低食品生產系統和環境中病原菌含量是預防疾病最重要的方面(Garcia et al. 2010; Khanna et al. 2008)。要有效降低人類感染腸出血性大腸桿菌的風險,防控措施應該注重控制傳播途徑方面,包括對動物、環境、食物鏈和人類進行干預。針對動物屠宰前所開展的防控管理,有多種方法可以減少EHEC,包括使用大腸桿菌O157:H7疫苗、針對O157:H7特異地使用具裂解性的噬菌體、添加益生菌、直接飼喂微生物、控制飲食和管理飼料添加劑,這些措施一定程度上可以降低動物EHEC流行,但不能完全消除病原體(Berry和Wells 2010)。成本、應用頻率、功效和監管要求等方面均將影響控制措施在未來的應用。減少動物排出EHEC將會減少EHEC在動物制品和環境中的傳播,從而降低傳播到人類的機會。適當的堆肥和控制含肥料和廢物的徑流將使環境、新鮮農產品和供水的污染減少。在食品生產中采取屠宰前控制管理(如對奶制品的牛奶進行巴氏消毒、肉制品清潔其表皮和動物尸體)也可以減少食品中的EHEC,從而減少人感染風險(Berry和Wells 2010; Oliver et al. 2009)。良好的制造工藝及保證食品生產各個階段(從農場到零售到消費)的衛生對于減少人感染EHEC至關重要。

7病例研究

下面將會用兩個病例研究來說明同一健康模式對EHEC問題的重要性。在動植物食品生產中人類活動的復雜性、全球化的食品貿易、控制人類和動物疾病所涉及的抗生素使用,以及微生物生態學,它們之間敏感的相互關系都深刻影響著同一健康的發展。

病例研究1 2006年,美國發生了一場大型的、波及多個州的大腸桿菌O157食源性暴發,這場暴發造成了嚴重的疾病癥狀、高住院率(50%)和高HUS發病率(10%)(Manning et al. 2008)。美國大多數的EHEC感染都是通過食用未煮熟的牛肉漢堡傳播,而這次暴發中袋裝菠菜是食品傳染源(CDC 2006)。追溯被污染菠菜的來源,是位于加利福尼亞中部海岸的食品加工廠和四個菠菜農場。進一步的調查表明可能由于在同一地理區域(但不是同一個新鮮農產品農場)的牛將大腸桿菌O157傳播給野生豬,進而豬的排泄物污染菠菜。地表水也被認為是大腸桿菌O157由牛傳播到豬體內的一個可能的途徑(Jay et al. 2007)。對導致疾病暴發的菌株進行的分子學和基因組學分析顯示其具有獨特的基因組結構,并且在細菌染色體的一個新位點整合了Stx-2噬菌體基因組(Manning et al. 2008),屬于高毒力的分型(Kulasekara Et al. 2009)。這種新的Stx2噬菌體可產生高水平的Stx2毒素,從而可能導致這種大腸桿菌O157:H7株具有高毒力(Neupane et al. 2011)。

病例研究2 2011年當歐洲發生疾病暴發時,結合以細菌基因組序列為基礎的基因分型的應用和產品追溯,識別可引起罕見HUS的、不常見的食源性病原菌致病性大腸桿菌成為可能。人們食用由進口葫蘆巴種子種出的芽菜制成的沙拉而引起血清型O104:H4大腸桿菌感染,共造成患病例數3842例,其中HUS855例、3死亡5例,由感染引起的非HUS并發癥所造成的18例死亡病例(Muniesa et al. 2012)。暴發菌株未能從葫蘆巴種子中分離出來,但使用分子分型方法從法國和德國暴發中分離出來的菌株顯示他們是共同的病原體,并且幫助識別了其有共同的食物來源。快速基因測序顯示感染源不是大腸桿菌O157,而是來自于EAEC另一個致病的血清型別,它在噬菌體轉導過程中獲得了編碼Stx2的噬菌體(Rohde et al. 2011)。基因組序列也提示暴發菌株已經獲得不少于10種的不同的抗生素抗性基因。顯然,與EAEC發病機制的特異結合被志賀毒素放大,組成了一個非常強大的毒力庫(Rohde et al. 2011)。

以上病例分析顯示了同一健康網絡中的一些特定的要素。如果通過一個微觀的角度看,網絡的不同節點似乎是獨立且無關的,然而如果從更宏觀角度來看,這個網絡之間的聯系變得十分清楚。在兩個案例中,未煮熟的蔬菜(通常被認為是健康且營養的)是大腸桿菌進入人體胃腸道的媒介。因為EAEC O104:H4嚴格以人體為宿主(不像人獸共患的EHEC)(Kuijper et al. 2011),所以極有可能葫蘆巴籽的大腸桿菌O104:H4污染是直接或者間接地來自人排泄物。暴發菌株的多重耐藥性增加了這種說法的可信度,這種耐藥性是多次用藥選擇的結果,說明這種病原體曾經在腹瀉后接受抗生素治療的人體內出現過。由于有些抗生素能促進大腸桿菌內Stx噬菌體快速繁殖(Bielaszewska et al. 2012),所以也有可能使用人體抗生素引起Stx2編碼噬菌體轉移到EAECO104:H4菌株中。

我們對同一健康重要性的新認識正在促使我們做出更多努力,從錯綜復雜的關系中探索更深入的知識,這種認知有助于我們更好的管理人、動物、植物和環境衛生之間良好平衡的相互依存性。

文章來源:人民衛生出版社《同一健康與食品安全》(主譯  陸家海  郝元濤)本文經主譯同意發布,未經主譯允許不得轉載

成人午夜无码专区性视频性视频-性做爰片免费视频毛片中文