大肠杆菌

生物学分类
细菌域(Bacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、肠杆菌目(Enterobacteriales)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)、埃希氏菌属(Escherichia)、大肠杆菌种(E.coli)。

学名：Escherichia coli（T.Escherich, 1885）

大肠埃希氏菌通常称为大肠杆菌，是人类和大多数温血动物肠道中的正常菌群。但某些血清型可引起不同症状的腹泻，根据生物学特性分为五类：致病性大肠杆菌(EPEC)、肠产毒性大肠杆菌(ETEC)、肠侵袭性大肠杆菌(EIEC)、肠出血性大肠杆菌(EHEC)和肠黏附性大肠杆菌(EAEC)。

大肠杆菌O157:H7血清型属肠出血性大肠杆菌，自1982年在美国首先发现，包括我国等许多国家都有报道。在日本因食物污染该菌导致数起大暴发。在美国和加拿大，它已排在肠道致病菌的第二或第三位。O157:H7引起肠出血性腹泻，约2%-7%的病人会发展成溶血性尿毒综合征，儿童与老人最容易出现。

大肠杆菌代谢活动能抑制肠道内分解蛋白质的微生物生长，减少蛋白质分解产物对人体的危害，还能合成维生素B和K以及有杀菌作用的大肠杆菌素。正常栖居条件下不致病，但若进入胆囊、膀胱等处可引起炎症。在肠道中大量繁殖，几占粪便干重的1/3。兼性厌氧菌。大肠菌群数常作为饮水和食物的卫生学标准。大肠杆菌抗原成分复杂，可分为O抗原、H抗原和K抗原。根据O抗原不同，可分为150多型，其中16个血清型为致病性大肠杆菌。大肠杆菌是研究微生物遗传的重要材料，如局限性转导就是1954年在大肠杆菌K12菌株中发现的。莱德伯格采用两株大肠杆菌的营养缺陷型进行实验，奠定了研究细菌接合方法学上的基础。

大肠杆菌对热的抵抗力较其他肠道杆菌强，55℃经60分钟或60℃加热15分钟仍有部分细菌存活。在自然界水中可存活数周至数月，在温度较低的粪便中存活更久。胆盐、煌绿等有抑制作用。对磺胺类、链霉素、氯霉素等敏感，但易耐药，由带有R因子的质粒转移获得。

形态与染色
大小0.4-0.7×1-3微米，无芽胞，大多数菌株有动力。有普通菌毛与性菌毛，有些菌株有多糖类包膜，革兰氏阴性杆菌。

培养特性
在血琼脂平板上，有些菌株产生β型溶血。在鉴别性或选择性培养基上形成有颜色、直径2-3mm的光滑型菌落。

生化反应
大部分菌株发酵乳糖产酸产气，并发酵葡萄糖、麦芽糖、甘露醇、木胶糖、阿拉伯胶等产酸产气。IMViC试验为“+、+、-、-”。

抗原构造
有O、K、H、F四种抗原。O抗原为脂多糖，已有171种，其中162种与腹泻有关。K抗原有103种，为荚脂多糖抗原。F抗原至少有5种，与粘附作用有关。血清型按O:K:H排列，例如O111:K58(B4):H2。

抵抗力
该菌对热的抵抗力较强，55℃经60分钟或60℃加热15分钟仍有部分细菌存活。在自然界水中可存活数周至数月。胆盐、煌绿等有抑制作用。对磺胺类、链霉素、氯霉素等敏感，但易耐药。

致病物质

1. 定居因子：也称粘附素，即大肠杆菌的菌毛。致病大肠杆菌须先粘附于宿主肠壁，以免被肠蠕动和肠分泌液清除。致泻的定居因子为CFAⅠ、CFAⅡ，具有免疫原性，能刺激机体产生特异性抗体。

2. 肠毒素：是肠产毒性大肠杆菌释放的外毒素，分为耐热和不耐热两种。

不耐热肠毒素(LT)：对热不稳定，65℃经30分钟即失活。为蛋白质，分子量大，有免疫原性。由A、B两个亚单位组成，A又分成A1和A2，A1是活性部分。B亚单位与小肠粘膜上皮细胞膜表面的GM1神经节苷脂受体结合后，A亚单位穿过细胞膜与腺苷酸环化酶作用，使胞内ATP转化cAMP。cAMP增加导致小肠液体过度分泌而腹泻。LT的免疫原性与霍乱弧菌肠毒素相似。

耐热肠毒素(ST)：对热稳定，100℃经20分钟仍不被破坏，分子量小，免疫原性弱。ST可激活小肠上皮细胞的鸟苷酸环化酶，使胞内cGMP增加，在空肠部分改变液体运转，引起腹泻。ST与霍乱毒素无共同抗原关系。

肠产毒性大肠杆菌有些菌株只产生一种肠毒素，有些则两种均可产生。有些致病大肠杆菌还可产生vero毒素。

3. 其他：胞壁脂多糖的类脂A具有毒性，O特异多糖有抵抗宿主防御屏障的作用。K抗原具有抗吞噬作用。

病原体
大肠杆菌O157:H7是大肠杆菌的其中一个类型，常见于牛只等温血动物肠内，会释放强烈毒素，导致带血腹泻等症状。

潜伏期
通常为3-4日，但亦会长达9日。

所致疾病

1. 肠道外感染：多为内源性感染，以泌尿系感染为主如尿道炎、膀胱炎、肾盂肾炎，也可引起腹膜炎、胆囊炎、阑尾炎等。婴儿、年老体弱、慢性消耗性疾病、大面积烧伤患者，大肠杆菌可侵入血流引起败血症。早产儿易患大肠杆菌性脑膜炎。

2. 急性腹泻：某些血清型大肠杆菌能引起人类腹泻。分为：

• 肠产毒性大肠杆菌(ETEC)：引起婴幼儿和旅游者腹泻，出现轻度水泻或严重霍乱样症状，常自限性2-3天愈。
• 肠致病性大肠杆菌(EPEC)：是婴儿腹泻的主要病原菌，有高度传染性，严重者可致死。细菌侵入十二指肠、空肠和回肠上段，导致刷状缘破坏、绒毛萎缩、上皮细胞紊乱，造成严重腹泻。EPEC不产生LT或ST，但可产生VT毒素。
• 肠侵袭性大肠杆菌(EIEC)：多数菌株无动力，生化反应和抗原结构近似痢疾杆菌，可侵入结肠粘膜上皮，引起痢疾样腹泻。
• 肠出血性大肠杆菌(EHEC)：引起散发性或暴发性出血性结肠炎，可产生志贺氏毒素样细胞毒素。主要菌型是O157:H7，还有O26、O111等。

病征
患者可能出现严重水泻、带血腹泻、发烧、腹绞痛及呕吐。情况严重时，可能并发急性肾病。5岁以下儿童出现并发症的风险较高，若治疗不当可能致命。

传播途径
可通过饮用受污染的水或进食未熟透的食物（特别是免治牛肉、汉堡扒及烤牛肉）而感染。饮用或进食未经消毒的奶类、芝士、蔬菜、果汁及乳酪亦有风险。个人卫生欠佳时可通过人传人途径感染。

细菌的分离鉴定

1. 标本：肠道外感染取中段尿、血液、脓液、脑脊液等，腹泻者取粪便。

2. 分离培养与鉴定：粪便标本直接接种肠道杆菌选择性培养基。血液需先经肉汤增菌，再转种血琼脂平板。37℃孵育18-24小时后，观察菌落并涂片染色镜检。采用一系列生化反应进行鉴定。肠致病性大肠杆菌须先作血清学定型试验，必要时检定肠毒素。

泌尿系统除确定大肠杆菌外，还应计数，每毫升尿含菌量≥100,000时有诊断价值。

卫生细菌学检查

大肠杆菌随粪便排出体外，污染环境和水源、食品。样品中大肠杆菌越多，表示被粪便污染越严重，存在肠道致病菌的可能性越大。故应对饮水、食品、饮料进行卫生细菌学检查。

1. 细菌总数：检测每毫升或每克样品中所含细菌数，采用倾注培养计算。我国规定每毫升饮水中细菌总数不得超过100个。

2. 大肠菌数指数：指每立升中大肠菌群数，采用乳糖发酵法检测。我国卫生标准是每1000ml饮水中不得超过3个大肠菌群；瓶装汽水、果汁等每100ml大肠菌群不得超过5个。

在肠产毒性大肠杆菌的免疫预防研究中，菌毛抗原在自然感染和人工自动免疫中是关键性抗原。治疗可选用庆大霉素、丁胺卡那霉素等。

预防方法

• 保持地方及厨房器皿清洁，妥善弃置垃圾。
• 保持双手清洁，经常修剪指甲。
• 进食或处理食物前，用肥皂及清水洗净双手，如厕或更换尿片后亦应洗手。
• 食水应采用自来水，并最好煮沸后才饮用。
• 从可靠地方购买新鲜食物，不光顾无牌小贩。
• 避免进食高危食物，例如未经低温消毒法处理的牛奶，以及未熟透的汉堡扒、碎牛肉和其他肉类食品。
• 烹调食物时穿清洁可洗涤的围裙并戴上帽子。
• 食物应彻底清洗。
• 易腐坏食物应盖好存放于雪柜中。
• 生食物及熟食，尤其是牛肉及牛内脏，应分开处理和存放（雪柜上层存放熟食，下层存放生的食物），避免交叉污染。
• 雪柜应定期清洁和融雪，温度保持于4℃或以下。
• 若食物的所有部分均加热至75℃，便可消灭大肠杆菌O157:H7；碎牛肉及汉堡扒应彻底煮至75℃达2-3分钟，直至煮熟的肉完全转为褐色，肉汁清澈。
• 不要徒手处理熟食，如有需要应戴上手套。
• 食物煮熟后应尽快食用。
• 如有需要保留吃剩的熟食，应加以冷藏并尽快食用，食用前彻底翻热。变质的食物应弃掉。

治理方法
感染大肠杆菌O157:H7的临床治理方法主要属支持性治疗。若患者出现腹泻，补充失去的水分及电解质十分重要。约50%有肾并发症的患者在出现急性症状时需要特别治疗或输血。

大肠杆菌作为外源基因表达的宿主，遗传背景清楚，技术操作简单，培养条件简单，大规模发酵经济，倍受遗传工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛、最成功的表达体系，常做高效表达的首选体系。

真核基因在大肠杆菌中表达必须有合适的表达载体，常用载体有pBV220、pET系统。目的基因在大肠杆菌中表达的情况：大肠杆菌更适合原核基因的表达，外源基因表达产量与单位体积产量正相关，而单位体积产量与细胞浓度和每个细胞平均表达产量正相关。细胞浓度与生长速率、外源基因拷贝数和表达产物产量之间存在动态平衡，单个细胞的产量又与外源基因拷贝数、基因表达效率、表达产物的稳定性和细胞代谢负荷等因素有关。

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