Gatunek bakterii Escherichia coli należący do rodzaju Escherichia wcho-
dzi w skład rodziny Enterobacteriaceae, która została zaklasyfikowana
do rzędu bakterii właściwych Enterobacteriales. Bakterie E. coli po raz
pierwszy opisane zostały w roku 1885 przez Theodora Eschericha,
który wyizolował je z kału niemowlęcia i nazwał Bacterium coli commune.
Obecnie rodzaj Escherichia obejmuje drobnoustroje przyjmujące postać
krótkich, prostych, grubych pałeczek o wymiarach 1,1-1,5 x 2,0-6,0 μm,
Gram-ujemnych, względnie beztlenowych, nietworzące przetrwalników,
często ruchomych z ułożonymi perytrychalnie wiciami, które tylko
wyjątkowo wytwarzają otoczkę. W mikroskopie elektronowym wykazują
obecność fimbrii. Pod względem anatomicznym nie różnią się od
innych pałeczek Gram-ujemnych.
Bakterie E. coli są łatwe w hodowli w warunkach laboratoryjnych
i wykazują zdolność do wzrostu zarówno w warunkach tlenowych,
jak i beztlenowych. Rosną na zwykłych podłożach w zakresie tempe-
ratur od 20
o
C do 40
o
C, a na bulionie tworzą jednolite zmętnienie.
Zaliczane są do bakterii heterotroficznych, a ściślej do prototrofów,
ponieważ wykazują zdolność do wzrostu na podłożu zawierającym
poza wodą i solami mineralnymi tylko jeden związek organiczny,
np. glukozę.
Ze względu na optymalną temperaturę wzrostu klasyfikowane są
jako mezofile, przy czym mogą się rozwijać w temperaturze 7-45
o
C.
Tolerują środowisko o pH w granicach 4,7-9,5, natomiast ich optimum
wynosi od 5,2 do 8,4.
Komórki E. coli odznaczają się zróżnicowaną wrażliwością na czyn-
niki fizyczne i chemiczne. Podwyższona temperatura szybko eliminuje
je ze środowiska. Przyjmuje się, że w temperaturze 60
o
C E. coli ginie
w ciągu 20 minut. Natomiast warunki chłodnicze (ok. 0
o
C) powodują
przedłużenie żywotności bakterii w wodzie do kilku miesięcy, a w kale
nawet do roku. Największą aktywność wobec pałeczek okrężnicy
wykazują: chloramfenikol, antybiotyki z grupy tetracyklin i leki ni-
trofuranowe oraz sulfonamidy.
Wpływ bakteriobójczego promieniowania ultrafioletowego zależy od
czasu, natężenia oraz długości fal. W związku z tym różna jest ilość
energii potrzebnej do wywołania tego samego efektu przy zastosowaniu
promieniowania o różnej długości fal. Najsilniejsze właściwości bakte-
riobójcze wykazują fale o długości od około 230 nm do 275 nm, a więc
fale absorbowane przez kwasy nukleinowe i białka. Promieniowanie UV
o długości fali 267,5 nm zabija 50% komórek E. coli przy natężeniu
88 erg/mm
2
, natomiast przy falach o długości 302 nm ten sam efekt
osiąga się dopiero przy natężeniu 3150 erg/mm
2
, a kiedy λ=315 nm
– przy 25 000 erg/mm
2
.
Bakterie E. coli fermentują glukozę, laktozę, maltozę i inne węglowo-
dany z wytworzeniem kwasu lub kwasu i gazu, a tryptofan redukują
do indolu. Wszystkie gatunki z rodzaju Escherichia redukują azotany
do azotynów, są one oksydazo-ujemne i katalazo-dodatnie.
Struktura antygenowa E. coli jest dość złożona. Wyróżnia się 3 ro-
dzaje antygenów: termostabilny antygen somatyczny O, termolabilne
antygeny rzęskowe H oraz otoczkowe (powierzchniowe) K.
Antygen somatyczny jest kompleksem wielocukrowo-białkowo-li-
pidowym o właściwościach podobnych do antygenu somatycznego
innych pałeczek Gram-ujemnych, stanowiąc najbardziej zewnętrzną
część lipopolisacharydowej ściany komórkowej. Cukrem określają-
cym swoistość serologiczną jest kolitoza. Antygeny O są odporne
dr inż. Paweł Satora
Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej
Akademia Rolnicza w Krakowie
Streszczenie
Dwuczęściowy artykuł poświęcony jest ogólnej charakterystyce bak-
terii Escherichia coli, a także metodom jej wykrywania w żywności.
W pierwszej części omówione zostały właściwości biochemiczne
tego mikroorganizmu na tle innych przedstawicieli rodziny Entero-
bacteriaceae oraz podział szczepów chorobotwórczych ze względu
na mechanizm ich oddziaływania na organizm człowieka. Druga
część artykułu obejmuje obecnie stosowane metody detekcji tych
bakterii, a także zasięg występowania patogenów w żywności.
Summary
This two-part article presents the general characteristics of
a bacterium Escherichia coli, as well as the methods for its detec-
tion in food. In the first part, the biochemical properties of this
microorganism compared with other Enterobacteriaceae bacteria
were discussed, the division of E. coli pathogenic strains for the
sake of the mechanism of pathogenicity and virulence factors was
showed. The second part includes currently applied methods for
E. coli detection and the range of occurrence in food.
Słowa kluczowe
Escherichia coli, serotyp O157, EHEC, podłoża chromogenne
Key words
Escherichia coli, serotype O157, EHEC, chromogenic media
Escherichia coli
– charakterystyka i wykrywanie
w żywności
Część I
laboratorium przemysłowe
Laboratorium |
11
/2007
20
na działanie ciepła i alkoholu, a ich przeciwciałami są głównie IgM.
Rozróżnia się około 150 odmian antygenu somatycznego, co w sche-
macie diagnostycznym stwarza 150 grup serologicznych pałeczek
okrężnicy.
Antygen powierzchniowy jest powiązany z antygenem soma-
tycznym komórki. Znajduje się na zewnątrz antygenów O, a także
u niektórych, choć nie wszystkich, bakterii z rodziny Enterobacteria-
ceae. Niektóre antygeny K są polisacharydami, co ma miejsce np.
u E. coli, a inne białkami. Obecnie poznano 100 różnych antygenów
powierzchniowych.
Antygen rzęskowy jest umiejscowiony na rzęskach i występuje u ru-
chomych form pałeczek okrężnicy. Zbudowany jest z białek, dlatego
stosunkowo łatwo ulega zniszczeniu w podwyższonej temperaturze
oraz pod wpływem alkoholu. W obrębie antygenu H wyróżnia się
50 odmian serologicznych.
Niektóre szczepy E. coli wytwarzają również antygen śluzowy (M),
zbudowany z wielocukrów.
Złożona budowa antygenowa umożliwiła podział E. coli na typy
serologiczne. Skład antygenu somatycznego określa grupę serolo-
giczną pałeczki okrężnicy, antygeny K i H zaś określają serotypy
w poszczególnych grupach. Istnieje korelacja pomiędzy właściwościami
chorobotwórczymi E. coli, a jego właściwościami antygenowymi. Na
podstawie tzw. serotypów chorobotwórczych określić można stopień
zjadliwości drobnoustroju. Tworzenie serogrup i serotypów, razem
z innymi informacjami, takimi jak biotyp, fagotyp czy produkcja
enterotoksyn, umożliwia obecnie odróżnianie szczepów mogących
powodować choroby zakaźne zwierząt i ludzi.
E. coli jako komensal i/lub patogen
W obrębie gatunku E. coli istnieje duża różnorodność typów, od
pożytecznych symbiontów poprzez nieszkodliwe komensale, do
niebezpiecznych patogenów ludzkich (tabela 3, s. 23). Bakterie E. coli,
zaliczane do bakterii grupy coli, występują w jelicie ludzi i stałociepl-
nych zwierząt, stanowiąc jego naturalną i symbiotyczną mikroflorę.
Uważa się, że około 0,1% ogólnej liczby bakterii jelita ludzi dorosłych
przypada na bakterie E. coli, a ich liczba w kale ludzkim waha się od
10
6
do 10
8
komórek/g. Większość szczepów E. coli występujących
w przewodzie pokarmowym pełni funkcję symbiontów lub komensali.
Biorą one udział w rozkładzie substancji pokarmowych i syntetyzują
związki egzogenne (witaminy z grupy B, K i C). Dzięki wytwarzaniu
bakteriocyn są także konkurentami dla bakterii chorobotwórczych.
Oprócz szczepów E. coli będących komensalami istnieją także pato-
genne szczepy, które powodują zatrucia pokarmowe i są odpowiedzial-
ne za powodowanie poważnych chorób, niekiedy śmiertelnych.
Także „normalne” niepatogenne szczepy pałeczki okrężnicy mogą
być przyczyną infekcji w przypadku obniżenia odporności organizmu.
Bakterie te stają się chorobotwórcze tylko wtedy, gdy dostaną się do
tkanek poza przewodem pokarmowym, zwłaszcza dróg moczowych
i żółciowych, płuc, otrzewnej, opon mózgowych, wywołując procesy
zapalne.
Kliniczne objawy zakażenia E. coli i innymi bakteriami jelitowymi
zależą od umiejscowienia w organizmie i nie dają się odróżnić na
podstawie objawów od zakażeń wywoływanych przez inne bakterie.
Wpływ E. coli na ludzki organizm znany jest od 1866 roku, w któ-
rym to roku Theodor Escherich powiązał infekcje układu moczowego
z patogennym działaniem tych bakterii.
Do chorób wywoływanych przez patogenne szczepy E. coli należą
m.in. biegunki (zwłaszcza u dzieci), krwotoczny nieżyt jelita grube-
go (HC), czerwonka, infekcje pęcherza moczowego i nerek, infekcje
21
laboratorium przemysłowe
Laboratorium |
11
/2007
21
ran chirurgicznych, posocznica, zespół hemolityczno-mocznicowy
(HUS), małopłytkowa plamica zakrzepowa (TTP), zapalenia płuc,
opon mózgowych i inne.
Bakterie E. coli uważa się za najczęstszą przyczynę zakażeń dróg
moczowych i są one odpowiedzialne za ok. 90% przypadków tego
rodzaju infekcji u młodych kobiet. Do objawów zakażenia należą:
częste oddawanie moczu, trudności w jego oddawaniu (ból), krwio-
mocz, a czasami obecność w nim ropy. Żaden z tych objawów nie
jest swoisty dla zakażenia pałeczką okrężnicy. Wynikiem infekcji dróg
moczowych może być bakteriemia z objawami posocznicy.
Jeśli mechanizmy obronne gospodarza są niewystarczające,
to E. coli może przedostać się do krwi i wywołać posocznicę.
Szczególnie wrażliwe bywają noworodki, ponieważ są pozbawione
przeciwciał IgM. E. coli jest jedną z głównych przyczyn zapalenia
opon mózgowych u niemowląt, wywołuje około 40% przypadków,
a ok. 75% szczepów E. coli izolowanych od chorych ma antygen
K1. Mechanizm zjadliwości związany z antygenem K1 nie jest do
końca poznany.
Piśmiennictwo
1. Bell C., Kyrkiades A.: Pathogenic Escherichia coli. [w:] Blackburn C.W.,
McClure P.J.: Foodborne pathogens. Hazards, risk analysis and control.
CRC Press, Cambridge 2002.
2. Betts G.D., Lyndon G., Brooks J.: Heat resistance of emerging fo-
odborne pathogens: Aeromonas hydrophila, Escherichia coli O157:H7,
Plesiomonas shigelloides and Yersinia enterocolitica. Technical Memo-
randum, 672, Campden Food & Drink Research Association,
Chipping Campden, 1993.
3. Bolton F.J., Crozier L., Williamson J.K.: Isolation of Escherichia coli
O157 from raw meat products. „Letters in Applied Microbiology”,
1996, 23, 317-321.
4. Czajkowska D.: Escherichia coli O157:H7 – chorobotwórczość i wykry-
wanie w produktach spożywczych. Materiały z Seminarium „Współ-
czesne zagrożenia mikrobiologiczne w żywności na wszystkich
etapach produkcji i obrotu”, 21-22, Warszawa − Miedzeszyn,
kwiecień 2005.
5. Doyle M.P., Schoeni J.L.: Isolation of Escherichia coli O157:H7 from
retail fresh meats and poultry. „Applied and Environmental Microbiol-
ogy”, 1997, 53 (10), 2394-2396.
6. Geissler K., Manafi M., Amoros I., Alonso J.L.: Quantitative deter-
mination of total coliforms and Escherichia coli in marine waters with
chromogenic and fluorogenic media. „Journal of Applied Microbiol-
ogy”, 2000, 88, 280-285.
7. Manafi M.: New developments in chromogenic and fluorogenic culture
media. „Interantional Journal of Food Microbiology”, 2000, 60,
205-218.
8. PN-ISO 16649-2:2004. Mikrobiologia żywności i pasz. Horyzontal-
na metoda oznaczania liczby ß-glukuronidazo-dodatnich Escherichia
coli. Część 2: Metoda płytkowa w temperaturze 44°C z zastosowa-
niem 5-bromo-4-chloro-3-indolilo ß-D-glukuronidu.
9. PN-EN ISO 16654:2002. Mikrobiologia żywności i pasz. Horyzon-
talna metoda wykrywania Escherichia coli 0157.
10. PN-ISO 7251:2006. Mikrobiologia żywności i pasz. Horyzontalna
metoda wykrywania obecności i oznaczania liczby przypuszczalnych
Escherichia coli – Metoda najbardziej prawdopodobnej liczby.
11. Venkateswaran K., Murakoshi A., Satake M.: Comparison of commer-
cially available kits with standard methods for the detection of coliforms
and Escherichia coli in foods. „Appl. Environ. Microbiol.”, 1996, 62,
7, 2236-2243.
Cechy biochemiczne
Reakcja
Barwienie Grama
ujemna
Morfologia komórek
pałeczki
wielkość
1,1-1,5 x 2,0-6,0 μm
przetrwalniki
brak
ruchliwość
+ (ruchome z perytrychalnymi
rzęskami lub nieruchome)
Wzrost tlenowy
+
Wzrost beztlenowy
+
Optymalna temperatura wzrostu
37
o
C
Wytwarzanie katalazy
+
Wytwarzanie oksydazy
-
Fermentacja D-mannitolu
≥ 90% +
Fermentacja laktozy w 37
o
C i 44
o
C
≥ 90% +
powyżej 90% szczepów E. coli
fermentuje laktozę, jednak niektóre
szczepy (głównie EHEC) są typowo
laktozoujemne
Fermentacja D-adonitolu
≥ 90% -
Fermentacja D-glukozy
z wytworzeniem kwasu
Wytwarzanie indolu w 37
o
C
≥ 90% +
Wytwarzanie indolu w 44
o
C
≥ 90% +
wykrywanie indolu należy do ważnych
testów diagnostycznych rodziny
Enterobacteriaceae pozwalających
odróżnić rodzaj Escherichia od
pozostałych
Test z czerwienią metylową
≥ 90% +
Reakcja Voges-Proskauera (VP)
≥ 90% -
Wzrost na cytrynianie Simmonsa
≥ 90% -
Wytwarzanie ureazy
(podłoże Christiansena)
≥ 90% -
Dezaminacja fenyloalaniny
≥ 90% -
Dekarboksylacja lizyny
u 76-89% szczepów +
Produkcja H
2
S na podłożu TSI (podłoże
trójcukrowe z cytrynianem żelaza)
≥ 90% -
Wzrost na KCN
≥ 90% -
Rozkład żelatyny (w 22
o
C)
≥ 90% -
Wytwarzanie gazu
około 90% +
Wytwarzanie β-galaktozydazy
98% +
Wytwarzanie β-glukuronidazy
99% +
Tabela 2. Właściwości biochemiczne bakterii Escherichia coli
Rodzaj
Ruchliw
ość
Wyk
orzy
st
anie
mocznik
a
Fermentacja
Wytwarzanie
Proteoliza
gluk
ozy
laktozy
H
2
indolu
acetoin
y
Escherichia
Klebsiella
Enterobacter
Serratia
Proteus
Citrobacter
Salmonella
Shigella
Erwinia
+
-
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
+
-
-
(+)
+
+
+
+
+
(+)
+
-
-
+
-
-
-
+
+
-
+
-
-
+
+
+
-
-
-
-
(+)
-
-
(+)
+
+
-
-
-
(+)
-
+
(+)
-
+
(+)
-
-
-
Tabela 1. Cechy diagnostyczne dla rodzajów w obrębie Enterobacteriaceae
(Schlegel, 1996)
laboratorium przemysłowe
Laboratorium |
11
/2007
22
Typ patogenny
E. coli
Przykłady grup
serologicznych
Interakcje pomiędzy
E. coli a gospodarzem
Okres
inkubacji
Czas trwania
choroby
Objawy
Czynniki
wirulencji
EPEC
(enteropatogenny)
O18ab, O18ac, O26, O44,
O55, O86, O111, O114,
O119, O125, O126, O127,
O128, O142, O157, O158
EPEC przyczepia się
do komórek nabłonka
jelitowego, powodując
zmiany w ich strukturze,
uszkadza je
17-72
godziny,
średnio 36 h
od 6 godzin
do 3 dni,
średnio
24 godziny
ostra biegunka u niemowląt,
ponadto gorączka, wymioty
i bóle brzucha; u dorosłych ostra,
wodnista biegunka ze znaczną
ilością śluzu, bez krwi, mdłości,
wymioty, skurcze brzucha, bóle
głowy, gorączka i dreszcze
intimina (gen eae),
białko Tir (gen Tir),
sygnalizacyjne
białka EspB, EspD,
enterotoksyna ESP
C, fimbrie BFP
VTEC (EHEC)
(werocytotoksyczny)
(enterokrwotoczny)
O2, O4, O5, O6, O15,
O18, O22, O23, O26:H11,
O55, O75, O91, O103:H2,
O104, O105, O111:NM,
O113:H21, O114, O117,
O118, O121, O128ab,
O145, O153, O157:H7,
O163, O168
EHEC przyczepia się
i wpływa na komórki
błony śluzowej jelita oraz
produkuje toksyny
2-9 dni,
średnio 4 dni
3-9 dni,
średnio 4 dni
biegunka, krwotoczny nieżyt jelita
grubego: nagły, ostry, skurczowy
ból brzucha, obfita, krwista
biegunka, wymioty, bez gorączki;
zespół hemolityczno-mocznicowy
(HUS)
werotoksyna VT1
i/lub VT2, fimbrie
BFP (geny bfp i per),
intimina (gen aea),
białko Tir (gen Tir),
białko Esp (gen esp)
ETEC
(enterotoksyczny)
O6, O15, O25, O27, O63,
O78, O115, O148, O153,
O159
ETEC przywiera do
nabłonka jelita cienkiego
i produkuje toksyny, które
oddziałują na komórki
błony śluzowej jelita
8-44 godzin,
średnio 26 h
3-19 dni
wodnista biegunka, niska
gorączka, skurcze brzucha,
nudności, apatia
enterotoksyny, w tym
werotoksyna VT
(VT1, VT2), ST (STa,
STb), EAST1, fimbrie
EIEC
(enteroinwazyjne)
O11, O28, O28ac, O29,
O112, O112ac, O115,
O121, O124, O135, O136,
O138, O143, O144, O147,
O152, O164, O167, O173
EIEC atakuje komórki
jelita grubego
i rozprzestrzenia się
z komórki na komórkę
8-24 godzin,
średnio 11 h
dni do tygodni
obfita, wodnista biegunka,
w mniejszym stopniu krwawo-
śluzowe biegunki, leukocyty
w stolcu, ponadto gorączka,
dreszcze, bóle głowy i mięśni,
skurcze brzucha, bolesne parcie
na stolec
inwazyjne geny
zlokalizowane na
dużych plazmidach
(140 MDa)
DAEC
(adherencyjne)
O1, O2, O15, O21, O75,
O126
zidentyfikowane
przyleganie do komórek
nabłonka zarówno za
pomocą fimbrii, jak i bez
nich
brak danych
brak danych
nie są bliżej określone, wodnisty
stolec z domieszką śluzu,
gorączka, wymioty
zewnętrzne błonowe
białka wielkości
100 kDa,
fimbrie aida
EAggEC
(enteroagregujące)
O3, O4, O7, O9, O15, O21,
O44, O51, O59, O77, O78,
O86, O91, O92, O99,
O106, O111, O113, O125,
O126, O141, O146
EAggEC łączą się w grupy
na komórkach jelita
cienkiego i produkują
toksyny
7-22 godzin
dni do tygodni
wodna, śluzowata, wydzielnicza
biegunka, niska temperatura,
skąpe wymioty lub ich brak,
zdarzają się duże, krwawe stolce
wirulentne plazmidy
wielkości 65 MDa,
enterotoksyna
EAST1, toksyna Pet
(gen astA)
Tabela 3. Charakterystyka patogennych szczepów E. coli
Nowy spektrometr EDXRF
do oznaczania zawartości siarki
w produktach naftowych
zgodnie z normami
ASTM D4294-2007 i ISO 8754
PANalytical B.V.
Oddział w Polsce
Al. Jerozolimskie 195B
02-222 Warszawa
Tel. 22.5710369, 70, 71
Fax 22.5710004
www.panalytical.pl
23
laboratorium przemysłowe
Laboratorium |
11
/2007
23