Přeskočit na obsah

Escherichia coli

Z Infopedia

Šablona:Infobox organismus

Escherichia coli (běžně zkracováno na E. coli) je gramnegativní, fakultativně anaerobní, tyčinkovitá bakterie z čeledi Enterobacteriaceae. Patří mezi nejběžnější a nejprostudovanější mikroorganismy na světě. Vyskytuje se přirozeně v dolní části trávicího traktu teplokrevných živočichů, včetně člověka. Většina kmenů E. coli je neškodná a tvoří důležitou součást zdravé střevní mikroflóry, kde se podílí na produkci vitamínu K2 a brání osídlení střeva patogenními bakteriemi.

Některé kmeny jsou však patogenní a mohou způsobovat závažná onemocnění, jako jsou průjmy, infekce močových cest, meningitida u novorozenců nebo hemolyticko-uremický syndrom (HUS). Díky své jednoduchosti, rychlému růstu a snadné genetické manipulaci se E. coli stala klíčovým modelovým organismem v mikrobiologii, genetice a biotechnologiích. ```

```

🧬 Biologie a charakteristika

Morfologie a stavba buňky

Bakterie E. coli má tvar tyčinky o délce přibližně 2 μm a průměru 0,5 μm. Jako gramnegativní bakterie má komplexní buněčnou stěnu skládající se z tenké vrstvy peptidoglykanu, která je obklopena vnější membránou obsahující lipopolysacharidy (LPS). LPS, známý také jako endotoxin, je zodpovědný za vyvolání silné imunitní odpovědi hostitele při infekci. Mnoho kmenů je pohyblivých díky přítomnosti bičíků (flagela), které jsou uspořádány peritrichálně (po celém povrchu buňky). Některé kmeny mohou také tvořit fimbrie (pili), což jsou kratší vlákna sloužící k přichycení na povrchy, včetně buněk hostitele.

Metabolismus

E. coli je chemoorganotrof a fakultativní anaerob. To znamená, že získává energii oxidací organických sloučenin a dokáže růst jak za přítomnosti kyslíku (aerobní respirace), tak bez něj. V nepřítomnosti kyslíku může využívat jiné akceptory elektronů (anaerobní respirace, např. s dusičnany) nebo provádět fermentaci (kvašení). Typickým produktem jejího smíšeného kvašení jsou různé kyseliny (mléčná, octová, jantarová) a plyny (vodík, oxid uhličitý). Právě tato schopnost jí umožňuje přežívat v rozmanitých prostředích, od kyslíkem bohatého vnějšího prostředí po anaerobní podmínky tlustého střeva.

Genetika

Genetická informace E. coli je uložena v jediném kruhovém chromozomu, který obsahuje přibližně 4,6 milionu párů bází a kóduje asi 4300 genů (např. u kmene K-12). Kromě chromozomu mohou buňky obsahovat i menší, nezávislé kruhové molekuly DNA zvané plazmidy. Plazmidy často nesou geny, které nejsou pro přežití buňky za normálních podmínek nezbytné, ale poskytují jí výhody, jako je rezistence vůči antibiotikům, produkce toxinů nebo schopnost metabolizovat neobvyklé substráty. Právě plazmidy a další mobilní genetické elementy jsou klíčové pro rychlou evoluci a šíření patogenity a rezistence mezi bakteriemi. ```

```

🏠 Výskyt a ekologie

Přirozeným prostředím pro E. coli je tlusté střevo teplokrevných živočichů. Po narození je trávicí trakt novorozence sterilní, ale během několika hodin až dnů dochází k jeho kolonizaci bakteriemi z okolního prostředí, přičemž E. coli je jedním z prvních a nejdůležitějších kolonizátorů.

Ve střevě žije v symbióze s hostitelem. Přispívá k trávení, produkuje vitamín K2, který je důležitý pro srážení krve, a svou přítomností brání přemnožení nebezpečných patogenních bakterií (tzv. kolonizační rezistence).

Mimo tělo hostitele dokáže E. coli přežívat po omezenou dobu ve vodě, půdě nebo na potravinách. Protože se do vnějšího prostředí dostává výhradně s fekáliemi, její přítomnost ve vodě nebo potravinách je považována za spolehlivý indikátor fekálního znečištění a potenciální přítomnosti dalších střevních patogenů (např. Salmonella, Vibrio cholerae). ```

```

🦠 Kmeny a patogenita

Ačkoliv je většina kmenů E. coli neškodná, existuje několik patogenních skupin (patotypů), které se liší svými mechanismy virulence a způsobovanými onemocněními.

  • Enterotoxigenní E. coli (ETEC): Produkuje toxiny (enterotoxiny), které způsobují masivní sekreci vody a elektrolytů do střeva. Je hlavní příčinou tzv. "cestovatelských průjmů" a závažných průjmových onemocnění u dětí v rozvojových zemích.
  • Enteropatogenní E. coli (EPEC): Způsobuje poškození střevní sliznice tím, že se na ni pevně přichytí a zničí její mikroklky. To vede k poruchám vstřebávání a vodnatým průjmům, zejména u kojenců.
  • Enterohemoragická E. coli (EHEC): Nejznámějším zástupcem je kmen O157:H7. Produkuje silný toxin zvaný Shiga-toxin (nebo verotoxin), který poškozuje buňky cév, zejména v ledvinách a střevech. Způsobuje krvavé průjmy (hemoragickou kolitidu) a může vést k život ohrožující komplikaci zvané hemolyticko-uremický syndrom (HUS), která se projevuje selháním ledvin, anémií a nedostatkem krevních destiček. Zdrojem nákazy je často nedostatečně tepelně upravené hovězí maso nebo kontaminovaná zelenina.
  • Uropatogenní E. coli (UPEC): Jsou nejčastější příčinou infekcí močových cest (IMC), zejména u žen. Tyto kmeny mají speciální fimbrie, které jim umožňují přichytit se na buňky močového měchýře a stoupat močovody až do ledvin, kde mohou způsobit zánět ledvin (pyelonefritida).
  • Enteroinvazivní E. coli (EIEC): Jsou schopné pronikat přímo do buněk střevní sliznice a množit se v nich, což způsobuje zánět a destrukci tkáně. Onemocnění se podobá úplavici způsobené bakterií rodu Shigella.
  • Meningitidu způsobující E. coli (MNEC): Některé kmeny, zejména ty s kapsulárním antigenem K1, mohou u novorozenců proniknout hematoencefalickou bariérou a způsobit život ohrožující meningitidu.

```

```

🔬 Využití ve vědě a biotechnologiích

Escherichia coli je jedním z nejdůležitějších nástrojů moderní biologie a biotechnologie. Její status "laboratorní superstar" je dán několika klíčovými vlastnostmi:

  • Rychlý růst: Za optimálních podmínek se dokáže dělit každých 20 minut, což umožňuje rychlé získání velkého množství buněk pro experimenty.
  • Jednoduché kultivační podmínky: Roste na levných a snadno připravitelných živných médiích.
  • Dobře prozkoumaná genetika: Její genom byl jedním z prvních kompletně osekvenovaných a její genetické a metabolické dráhy jsou detailně zmapovány.
  • Snadná genetická manipulace: Vědci vyvinuli širokou škálu nástrojů pro vkládání, odstraňování nebo úpravu genů v E. coli, včetně využití plazmidů a metod jako CRISPR.

Díky těmto vlastnostem se E. coli masivně využívá v:

  • Molekulární klonování: Slouží jako "živá továrna" pro namnožení specifických úseků DNA. Cizí gen se vloží do plazmidu, ten se vpraví do bakterie a s každým jejím dělením se kopíruje i plazmid s daným genem.
  • Produkce rekombinantních proteinů: E. coli je využívána k produkci velkého množství proteinů pro medicínské a průmyslové účely. Gen pro požadovaný protein (např. lidský inzulin, růstový hormon, interferon) se vloží do bakterie, která ho následně produkuje. Právě produkce inzulinu v E. coli v 80. letech 20. století znamenala revoluci v léčbě diabetu.
  • Základní výzkum: Slouží jako model pro studium fundamentálních biologických procesů, jako je replikace DNA, transkripce, translace, regulace genové exprese nebo buněčné dělení.
  • Syntetická biologie: Inženýři upravují E. coli tak, aby plnila nové funkce, například produkci biopaliv, bioplastů nebo detekci toxinů v prostředí.

```

```

🩺 Klinický význam a léčba

Infekce způsobené patogenními kmeny E. coli představují významný zdravotní problém po celém světě.

Diagnostika

Diagnóza se obvykle opírá o kultivaci vzorku (stolice, moči, krve, mozkomíšního moku) na selektivních a diagnostických půdách. Například kmeny EHEC se dají identifikovat na sorbitolovém MacConkeyově agaru, protože na rozdíl od většiny jiných kmenů nefermentují sorbitol. Pro přesnou identifikaci patotypu a jeho virulentních faktorů se používají molekulární metody jako PCR.

Léčba

Léčba se liší podle typu a závažnosti infekce:

  • **Průjmová onemocnění:** Základem je rehydratace – doplňování tekutin a elektrolytů ztracených průjmem a zvracením. U většiny průjmů se antibiotika nedoporučují, protože mohou průběh nemoci zhoršit, zejména u infekcí EHEC, kde uvolnění toxinů z umírajících bakterií zvyšuje riziko vzniku HUS.
  • **Infekce močových cest:** Běžně se léčí antibiotiky, jako jsou trimethoprim/sulfamethoxazol, nitrofurantoin nebo fluorochinolony.
  • **Systémové infekce:** U závažných stavů jako sepse nebo meningitida je nutná okamžitá hospitalizace a podání širokospektrých antibiotik intravenózně.

Antibiotická rezistence

Narůstající rezistence E. coli vůči antibiotikům je celosvětovým problémem. Široké používání antibiotik v humánní i veterinární medicíně vedlo ke vzniku multirezistentních kmenů, které jsou odolné vůči mnoha běžně používaným lékům. Obzvláště nebezpečné jsou kmeny produkující tzv. širokospektré beta-laktamázy (ESBL), které je činí rezistentními vůči velké skupině antibiotik včetně penicilinů a cefalosporinů. ```

```

⏳ Historie objevu

Bakterii poprvé popsal v roce 1885 německo-rakouský pediatr a bakteriolog Theodor Escherich. Během svého výzkumu střevní mikroflóry kojenců izoloval tuto bakterii a pojmenoval ji Bacterium coli commune (běžná střevní bakterie). Domníval se, že je komenzálem, tedy neškodným obyvatelem střeva. Teprve později bylo zjištěno, že některé její kmeny mohou způsobovat onemocnění. Na jeho počest byl rod, do kterého byla bakterie zařazena, v roce 1919 přejmenován na Escherichia. ```

```

🤔 Pro laiky: Bakterie dvou tváří

Představte si své tělo jako velký dům a bakterie E. coli jako nájemníky, kteří bydlí v "přízemí" (ve střevech).

  • Hodní nájemníci (většina E. coli): Většina těchto bakterií jsou skvělí sousedé. Pomáhají s "úklidem" (trávením zbytků potravy), vyrábějí pro vás důležité věci (vitamín K) a hlavně hlídají vchodové dveře, aby se do domu nedostali skuteční padouši (nebezpečné bakterie). Za to, že jim poskytujete teplo a jídlo, vám prokazují cenné služby.
  • Zlí nájemníci (patogenní E. coli): Občas se ale do domu nastěhuje "gang" špatných nájemníků. Vypadají skoro stejně jako ti hodní, ale mají speciální "vybavení" (geny pro toxiny nebo příchytné háčky).
   *   Někteří (jako ETEC) začnou v domě pouštět vodu a způsobí "záplavu" (vodnatý průjem).
   *   Jiní (jako EHEC) mají nebezpečné "zbraně" (Shiga-toxin), kterými ničí potrubí v celém domě, hlavně v "čističce odpadních vod" (ledvinách), což může vést k vážnému poškození celého domu.
   *   Další (jako UPEC) se zase umí vyšplhat potrubím do "koupelny v patře" (močového měchýře) a způsobit tam zánět.

Rozdíl mezi hodnou a zlou E. coli tedy není v tom, že by to byl úplně jiný tvor, ale v tom, jakou má "výbavu". Tato výbava je často uložena v malých "batůžcích" (plazmidech), které si bakterie mohou mezi sebou dokonce půjčovat, a tak se ze "slušného nájemníka" může stát problémový. ```

```

갤러리

```

```

Šablona:Aktualizováno ```

Citováno z „https://infopedia.cz/index.php?title=Escherichia_coli&oldid=14165“