باکتری‌شناسی و پاتوژن‌ها

خانواده انتروباكتریاسه

• بزرگ‌ترین خانواده باکتریایی است و شامل 29 جنس و صدها گونه می‌باشد.
• به استثنای سه جنس Salmonella, Shigella, و Yersinia که همیشه بیماری‌زا هستند، بقیه اعضای این خانواده جزو فلور طبیعی و بیماری‌زاهای فرصت‌طلب محسوب می‌شوند.
• شایع‌ترین باکتری‌های فلور طبیعی روده از نوع هوازی هستند و طیف وسیعی از کربوهیدرات‌ها را تخمیر می‌کنند.
• مهمترین باکتری‌هایی هستند که عفونت‌های بیمارستانی را ایجاد می‌کنند.

نام‌های دیگر

• باسیل‌های گرم منفی روده‌ای
• باکتری‌های روده‌ای
• کولیفرم

طبقه‌بندی

• بر اساس ویژگی‌های بیوشیمیایی، ساختار آنتی‌ژن و آنالیز مولکولی ژنوم طبقه‌بندی می‌شوند.
• از نظر بیماری‌زایی به سه دسته تقسیم می‌شوند:
• همیشه بیماری‌زا: Salmonella, Shigella, Yersinia
• فلور طبیعی و بیماری‌زاهای فرصت‌طلب: Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Proteus, Morganella, Enterobacter aerogenes
• ارگانیسم‌های همزیست (کمونسال): فقط زمانی بیماری‌زا می‌شوند که ژن‌های بیماری‌زایی را از پلاسمید، باکتریوفاژ یا جزایر بیماری‌زایی دریافت کنند. Escherichia coli

منشأ

• حیوانی: بیشتر گونه‌های Salmonella و Yersinia
• انتقال انسان: Shigella و Salmonella typhi
• انتقال درون‌زیستی: Escherichia coli می‌تواند پس از سوراخ شدن روده، به حفره صفاقی منتشر شود.

مورفولوژی

• باسیل‌های گرم منفی هستند.
• پلی‌مورفیک هستند: اندازه‌های مختلف در میکروسکوپ دارند (0.3 تا 1 میکرومتر عرض و 1 تا 6 میکرومتر طول)
• متحرک یا غیرمتحرک (بیشتر متحرک به جز Salmonella, Shigella, و Yersinia)
• اگر متحرک باشند، دارای فلاژل‌های پری‌تریش (در تمام سطح باکتری) هستند.
• در هر محیط ساده و بدون نیاز به مکمل‌ها رشد می‌کنند و نیازهای غذایی ساده‌ای دارند.
• در محیط کشت غیرانتخابی (مانند بلاد آگار) و محیط کشت انتخابی (مانند مک کانکی آگار و EMB) رشد می‌کنند.
• بی هوازی اختیاری (هم در محیط با اکسیژن و هم بدون اکسیژن رشد می‌کنند)
• توانایی تخمیر گلوکز به جای اکسید کردن آن را دارند و اغلب با تولید گاز همراه است (بسته به جنس باکتری)
• کاتالاز مثبت و اکسیداز منفی (به جز Pseudomonas)
• نیترات را به نیتریت احیا می‌کنند.
• برخی از آنها دارای کپسول هستند (وجود کپسول چندان متداول نیست). Klebsiella کپسول‌های ضخیمی دارد و دارای کلونی‌های موکوئیدی و موکوزمانند (کلونی‌های مرطوب، برجسته، چسبناک) است. انتروباکترها نیز کپسول دارند اما کپسول آنها نازک‌تر است.

کشت باکتری

• در دمای 37 درجه در محیط‌های کشت رشد می‌کنند.
• در هر محیط ساده ای و در عرض 24 ساعت در انکوباتور معمولی رشد می‌کنند و کلونی تشکیل می‌دهند.
• کلونی‌ها گرد، محدب و صاف هستند و رنگ آنها سفید متمایل به خاکستری است.
• گونه‌های کپسول‌دار دارای کلونی‌های بزرگ، شفاف و موکوزمانند (مانند Klebsiella و Enterobacter) هستند.
• انتروباکترها خاصیت موکوئیدی کمتری دارند.
• Salmonella و Shigella کلونی‌های مشابه Escherichia تولید می‌کنند اما توانایی تخمیر لاکتوز را ندارند.

محیط‌های کشت

• غیرانتخابی: مانند بلادآگار. اعضای این خانواده توانایی همولیز در محیط کشت بلادآگار ندارند. به جز اکولای که آنزیم همولیزین داشته و باعث عفونت ادراری می‌شود (Uropathogen E. coli)
• تفکیکی-انتخابی: مانند EMB و مک کانکی (MC). – محیط‌هایی که از رشد باکتری‌های گرم مثبت جلوگیری می‌کنند (انتخابی).
• تفکیکی-انتخابی: با استفاده از تخمیر قند لاکتوز، باکتری‌های گرم منفی را جداسازی می‌کنند (تفکیکی). به دو دسته لاکتوز مثبت و لاکتوز منفی تقسیم می‌شوند.

تشخیص در آزمایشگاه

• محیط‌های کشت لوله ای تفکیکی مانند TSI، اوره، ایندول، سیترین سیترات، MR-VP، SIM
• محیط کشت XLD Agar برای کشت مدفوع استفاده می‌شود ( E. coli کلونی زرد رنگ و Salmonella کلونی سیاه رنگ تولید می کند).

آنتی‌ژن‌ها

• O:
  • به علت وجود LPS و گرم منفی بودن، تمام اعضای خانواده دارای آنتی‌ژن O هستند.
  • اجزای LPS سه جزئی دارد: پلی‌ساکارید O سوماتیک; پلی‌ساکارید مرکزی(همسان در همه; آنتی‌ژن مشترک انتروباکتریایی برای طبقه‌بندی)؛ لیپید A ( مسئول فعالیت اندوتوکسین، در برابر حرارت و الکل مقاوم; برای تشخیص از سایر آنتی‌ژن‌ها نمونه را گرم می‌کنند یا از الکل استفاده می‌کنند)
  • روش تهیة آنتی‌ژن، لکتکس آگلوتیناسیون است.
  • آنتی‌بدی ضدر آنتی‌ژن IgM O است. تعداد آنتی‌ژن‌های O بیش از 150 است (O1 تا O157).
  • آنتی‌ژن‌ها در چندین گونه مشابه و باعث واکنش متقابل بین جنس های مختلف نزدیک می‌شوند (مثلاً سالمونلا با سیتروباکتر )
  • آنتی‌ژن‌های O اختصاصی E. coli که در اسهال و عفونت ادراری یافت می شوند.
• H:
  • آنتی‌ژن موجود در فلاژل است و در گونه‌های متحرک وجود دارد.
  • نسبت به الکل و حرارت حساس اما نسبت به فرمالین مقاوم است (با محلول فرمالین از سایر آنتی‌ژن‌ها تشخیص داده می‌شود).
  • روش جدا سازی مشابه روش آگلوتیناسیون است. آنتی‌بدی ضد H، IgG است.
  • در گونه Salmonella دارای ویژگی آنتی‌ژن فاز تغییر است (دو فاز 1 و 2، هر کدام دارای انواع مختلف آنتی‌ژن هستند). اگر در بدن میزبان توسط سیستم ایمنی شناسایی شود و آنتی‌بدی علیه آن ساخته شود، فاز تغییر می دهد و آنتی‌ژن دیگری را بیان می‌کند که دیگر توسط سیستم ایمنی شناسایی نشده و عود بیماری رخ می‌دهد (بنابراین تغییر فاز یک فاکتور مهم بیماری‌زایی است).
• K (یا کپسولی):
  • در S. typhi به آنتی‌ژن K آنتی‌ژن Vi گفته می‌شود (virulence).
  • نوعی E. coli که مننژیت نوزادان را ایجاد می‌کند در بیش از 75 درصد موارد دارای آنتی‌ژن K1 است.
  • ما می‌توانیم آنتی‌ژن K را با روش‌های مختلف شناسایی کنیم (مانند رنگ‌آمیزی‌های کپسولی).
  • آنتی‌ژن کپسولی در انتروباکتریاسه بیش از 50 نوع دارد (هر کدام برای تشخیص عفونت‌ها می‌توانند مفید باشند). برای مثال عفونت مجاری ادراری اغلب توسط آنتی‌ژن‌های K8، K9، K10 و K24 ایجاد می‌شود و یا عفونت‌های تنفسی (ایجاد شده توسط Klebsiella) توسط آنتی‌ژن‌های K1 و K2 ایجاد می‌شوند.
  • در غیر از آنتی‌ژن O قرار دارد و فقط در کپسول دارها دیده می‌شود (بیش از 50 نوع).
  • واکنش متقابل بین اعضای یک خانواده یا بین اعضای خانواده‌های مختلف ممکن است رخ دهد (مانند واکنش کراس آنتی‌ژن K1 در E. coli با آنتی‌ژن های کپسولی Haemophilus influenzae type B و یا Neisseria meningitidis).

فاکتور‌های بیماری‌زا

• اندوتوکسین (LPS): مسئول تظاهرات سیستمیک (فعالسازی کمپلمن، آزادسازی سیتوتوکسین، لوکوسیتوز، تب و DIC).
• کپسول: از اتصال آنتی‌بدی به باکتری جلوگیری می کند، مانع فاگوسیتوز می‌شود.
• تغییرات آنتی‌ژنی: مقاوم سازی در برابر سیستم ایمنی
• فاکتور‌های رشد: باکتری در محیط کشت مواد مورد نیاز آماده است، اما در بدن باید مواد موردنیاز خود را پیدا کند(مانند آهن در پروتئین‌ها، با تولید سدروفورها و احراز این مواد در پروتئین‌های سلول میزبان)
• مقاومت در برابر خاصیت کشندگی سرم: باکتری باید بتواند در برابر سلول‌های فاگوسیت و سیستم ایمنی مقاومت کند تا بتواند اثرات سیستمیک ایجاد کند.
• مقاومت آنتی‌بیوتیکی: به خصوص مقاومت در برابر سفالوسپورین‌های نسل 3 توسط آنزیم‌های بتالاکتاماز (ESBLs، MBLs و...)
• سیستم ترشحی نوع III: مسئول ورود پروتئین‌ها و آنزیم‌های ترشحی باکتری به طور مستقیم به سلول هدف.

درمان

• مقاومت آنتی‌بیوتیکی در این خانواده بسیار رایج است، بنابراین باید تست آنتی‌بیوگرام انجام شود تا آنتی‌بیوتیک مناسب برای درمان پیدا شود.
• از سفالوسپورین‌های نسل 1، آمینوگلیkozیدها, فلوروکینولون ها, آمپی‌سیلین‌ها و سولفونامیدها استفاده می‌شود.

مثال (عفونت ادراری)

• Escherichia coli (شایع‌ترین عامل عفونت ادراری) دارای:
  • باسیل گرم منفی
  • بی هوازی اختیاری
  • لاکتوز مثبت (توانایی تخمیر لاکتوز)
  • باکتری متحرک
  • شایع‌ترین باکتری در فلور طبیعی روده
  • می‌تواند دارای آنتی‌ژن‌های O، H و K باشد.
  • برخی از آن‌ها می‌توانند همولیز را ایجاد کنند (Uropathogen E. coli)
  • در محیط کشت کلونی‌های صورتی پررنگ تولید می‌کنند.
  • MR مثبت