laboratorium przemysłowe
dr inż. Paweł Satora
Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej
Akademia Rolnicza w Krakowie
Escherichia coli
 charakterystyka i wykrywanie
w żywności
Część I
Streszczenie Summary
Dwuczęściowy artykuł poświęcony jest ogólnej charakterystyce bak- This two-part article presents the general characteristics of
terii Escherichia coli, a także metodom jej wykrywania w żywności. a bacterium Escherichia coli, as well as the methods for its detec-
W pierwszej części omówione zostały właściwości biochemiczne tion in food. In the first part, the biochemical properties of this
tego mikroorganizmu na tle innych przedstawicieli rodziny Entero- microorganism compared with other Enterobacteriaceae bacteria
bacteriaceae oraz podział szczepów chorobotwórczych ze względu were discussed, the division of E. coli pathogenic strains for the
na mechanizm ich oddziaływania na organizm człowieka. Druga sake of the mechanism of pathogenicity and virulence factors was
część artykułu obejmuje obecnie stosowane metody detekcji tych showed. The second part includes currently applied methods for
bakterii, a także zasięg występowania patogenów w żywności. E. coli detection and the range of occurrence in food.
SÅ‚owa kluczowe Key words
Escherichia coli, serotyp O157, EHEC, podłoża chromogenne Escherichia coli, serotype O157, EHEC, chromogenic media
Gatunek bakterii Escherichia coli należący do rodzaju Escherichia wcho- w ciągu 20 minut. Natomiast warunki chłodnicze (ok. 0oC) powodują
dzi w skład rodziny Enterobacteriaceae, która została zaklasyfikowana przedłużenie żywotności bakterii w wodzie do kilku miesięcy, a w kale
do rzędu bakterii właściwych Enterobacteriales. Bakterie E. coli po raz nawet do roku. Największą aktywność wobec pałeczek okrężnicy
pierwszy opisane zostały w roku 1885 przez Theodora Eschericha, wykazują: chloramfenikol, antybiotyki z grupy tetracyklin i leki ni-
który wyizolował je z kału niemowlęcia i nazwał Bacterium coli commune. trofuranowe oraz sulfonamidy.
Obecnie rodzaj Escherichia obejmuje drobnoustroje przyjmujące postać Wpływ bakteriobójczego promieniowania ultrafioletowego zależy od
krótkich, prostych, grubych paÅ‚eczek o wymiarach 1,1-1,5 x 2,0-6,0 µm, czasu, natężenia oraz dÅ‚ugoÅ›ci fal. W zwiÄ…zku z tym różna jest ilość
Gram-ujemnych, względnie beztlenowych, nietworzące przetrwalników, energii potrzebnej do wywołania tego samego efektu przy zastosowaniu
często ruchomych z ułożonymi perytrychalnie wiciami, które tylko promieniowania o różnej długości fal. Najsilniejsze właściwości bakte-
wyjątkowo wytwarzają otoczkę. W mikroskopie elektronowym wykazują riobójcze wykazują fale o długości od około 230 nm do 275 nm, a więc
obecność fimbrii. Pod względem anatomicznym nie różnią się od fale absorbowane przez kwasy nukleinowe i białka. Promieniowanie UV
innych pałeczek Gram-ujemnych. o długości fali 267,5 nm zabija 50% komórek E. coli przy natężeniu
Bakterie E. coli są łatwe w hodowli w warunkach laboratoryjnych 88 erg/mm2, natomiast przy falach o długości 302 nm ten sam efekt
i wykazują zdolność do wzrostu zarówno w warunkach tlenowych, osiąga się dopiero przy natężeniu 3150 erg/mm2, a kiedy =315 nm
jak i beztlenowych. Rosną na zwykłych podłożach w zakresie tempe-  przy 25 000 erg/mm2.
ratur od 20oC do 40oC, a na bulionie tworzą jednolite zmętnienie. Bakterie E. coli fermentują glukozę, laktozę, maltozę i inne węglowo-
Zaliczane są do bakterii heterotroficznych, a ściślej do prototrofów, dany z wytworzeniem kwasu lub kwasu i gazu, a tryptofan redukują
ponieważ wykazują zdolność do wzrostu na podłożu zawierającym do indolu. Wszystkie gatunki z rodzaju Escherichia redukują azotany
poza wodą i solami mineralnymi tylko jeden związek organiczny, do azotynów, są one oksydazo-ujemne i katalazo-dodatnie.
np. glukozę. Struktura antygenowa E. coli jest dość złożona. Wyróżnia się 3 ro-
Ze względu na optymalną temperaturę wzrostu klasyfikowane są dzaje antygenów: termostabilny antygen somatyczny O, termolabilne
jako mezofile, przy czym mogą się rozwijać w temperaturze 7-45oC. antygeny rzęskowe H oraz otoczkowe (powierzchniowe) K.
Tolerują środowisko o pH w granicach 4,7-9,5, natomiast ich optimum Antygen somatyczny jest kompleksem wielocukrowo-białkowo-li-
wynosi od 5,2 do 8,4. pidowym o właściwościach podobnych do antygenu somatycznego
Komórki E. coli odznaczają się zróżnicowaną wrażliwością na czyn- innych pałeczek Gram-ujemnych, stanowiąc najbardziej zewnętrzną
niki fizyczne i chemiczne. Podwyższona temperatura szybko eliminuje część lipopolisacharydowej ściany komórkowej. Cukrem określają-
je ze środowiska. Przyjmuje się, że w temperaturze 60oC E. coli ginie cym swoistość serologiczną jest kolitoza. Antygeny O są odporne
Laboratorium | 11/2007
20
laboratorium przemysłowe
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 powiÄ…zany 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 zakaz
ne zwierzÄ…t 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 zwierzÄ…t, stanowiÄ…c jego naturalnÄ… i symbiotycznÄ… mikroflorÄ™.
Uważa się, że około 0,1% ogólnej liczby bakterii jelita ludzi dorosłych
przypada na bakterie E. coli, a ich liczba w kale ludzkim waha siÄ™ od
106 do 108 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
Laboratorium | 11/2007
21
21
laboratorium przemysłowe
ran chirurgicznych, posocznica, zespół hemolityczno-mocznicowy
Fermentacja Wytwarzanie
(HUS), małopłytkowa plamica zakrzepowa (TTP), zapalenia płuc,
opon mózgowych i inne.
Rodzaj
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-
Escherichia + + + + + - - -
Klebsiella - + + + - + - + mocz, a czasami obecność w nim ropy. Żaden z tych objawów nie
Enterobacter + + + + - + (+) (+)
jest swoisty dla zakażenia pałeczką okrężnicy. Wynikiem infekcji dróg
Serratia + + - + - + + -
moczowych może być bakteriemia z objawami posocznicy.
Proteus + + - + + - + +
Citrobacter + + + (+) + - - (+)
Jeśli mechanizmy obronne gospodarza są niewystarczające,
Salmonella + + - + - - - -
to E. coli może przedostać się do krwi i wywołać posocznicę.
Shigella - + - - + - - -
Erwinia + + (+) - - (+) (+) -
Szczególnie wrażliwe bywają noworodki, ponieważ są pozbawione
przeciwciał IgM. E. coli jest jedną z głównych przyczyn zapalenia
Tabela 1. Cechy diagnostyczne dla rodzajów w obrębie Enterobacteriaceae
(Schlegel, 1996)
opon mózgowych u niemowląt, wywołuje około 40% przypadków,
a ok. 75% szczepów E. coli izolowanych od chorych ma antygen
Cechy biochemiczne Reakcja
K1. Mechanizm zjadliwości związany z antygenem K1 nie jest do
Barwienie Grama ujemna
końca poznany.
Morfologia komórek pałeczki
Piśmiennictwo
wielkość 1,1-1,5 x 2,0-6,0 µm
1. Bell C., Kyrkiades A.: Pathogenic Escherichia coli. [w:] Blackburn C.W.,
przetrwalniki brak
McClure P.J.: Foodborne pathogens. Hazards, risk analysis and control.
+ (ruchome z perytrychalnymi
ruchliwość
CRC Press, Cambridge 2002.
rzęskami lub nieruchome)
2. Betts G.D., Lyndon G., Brooks J.: Heat resistance of emerging fo-
Wzrost tlenowy +
odborne pathogens: Aeromonas hydrophila, Escherichia coli O157:H7,
Wzrost beztlenowy +
Plesiomonas shigelloides and Yersinia enterocolitica. Technical Memo-
Optymalna temperatura wzrostu 37oC
randum, 672, Campden Food & Drink Research Association,
Wytwarzanie katalazy +
Chipping Campden, 1993.
Wytwarzanie oksydazy - 3. Bolton F.J., Crozier L., Williamson J.K.: Isolation of Escherichia coli
O157 from raw meat products.  Letters in Applied Microbiology ,
Fermentacja D-mannitolu e" 90% +
1996, 23, 317-321.
e" 90% +
powyżej 90% szczepów E. coli 4. Czajkowska D.: Escherichia coli O157:H7  chorobotwórczość i wykry-
Fermentacja laktozy w 37oC i 44oC fermentuje laktozę, jednak niektóre
wanie w produktach spożywczych. Materiały z Seminarium  Współ-
szczepy (głównie EHEC) są typowo
czesne zagrożenia mikrobiologiczne w żywności na wszystkich
laktozoujemne
etapach produkcji i obrotu , 21-22, Warszawa - Miedzeszyn,
Fermentacja D-adonitolu e" 90% -
kwiecień 2005.
Fermentacja D-glukozy z wytworzeniem kwasu
5. Doyle M.P., Schoeni J.L.: Isolation of Escherichia coli O157:H7 from
Wytwarzanie indolu w 37oC e" 90% +
retail fresh meats and poultry.  Applied and Environmental Microbiol-
e" 90% +
ogy , 1997, 53 (10), 2394-2396.
wykrywanie indolu należy do ważnych
6. Geissler K., Manafi M., Amoros I., Alonso J.L.: Quantitative deter-
testów diagnostycznych rodziny
Wytwarzanie indolu w 44oC
Enterobacteriaceae pozwalajÄ…cych
mination of total coliforms and Escherichia coli in marine waters with
odróżnić rodzaj Escherichia od
chromogenic and fluorogenic media.  Journal of Applied Microbiol-
pozostałych
ogy , 2000, 88, 280-285.
Test z czerwieniÄ… metylowÄ… e" 90% +
7. Manafi M.: New developments in chromogenic and fluorogenic culture
Reakcja Voges-Proskauera (VP) e" 90% -
media.  Interantional Journal of Food Microbiology , 2000, 60,
Wzrost na cytrynianie Simmonsa e" 90% -
205-218.
Wytwarzanie ureazy
8. PN-ISO 16649-2:2004. Mikrobiologia żywności i pasz. Horyzontal-
e" 90% -
(podłoże Christiansena)
na metoda oznaczania liczby ß-glukuronidazo-dodatnich Escherichia
Dezaminacja fenyloalaniny e" 90% -
coli. Część 2: Metoda pÅ‚ytkowa w temperaturze 44°C z zastosowa-
Dekarboksylacja lizyny u 76-89% szczepów +
niem 5-bromo-4-chloro-3-indolilo ß-D-glukuronidu.
Produkcja H2S na podłożu TSI (podłoże 9. PN-EN ISO 16654:2002. Mikrobiologia żywności i pasz. Horyzon-
e" 90% -
trójcukrowe z cytrynianem żelaza)
talna metoda wykrywania Escherichia coli 0157.
Wzrost na KCN e" 90% -
10. PN-ISO 7251:2006. Mikrobiologia żywności i pasz. Horyzontalna
Rozkład żelatyny (w 22oC) e" 90% - metoda wykrywania obecności i oznaczania liczby przypuszczalnych
Escherichia coli  Metoda najbardziej prawdopodobnej liczby.
Wytwarzanie gazu około 90% +
11. Venkateswaran K., Murakoshi A., Satake M.: Comparison of commer-
98% +
Wytwarzanie ²-galaktozydazy
cially available kits with standard methods for the detection of coliforms
99% +
Wytwarzanie ²-glukuronidazy
and Escherichia coli in foods.  Appl. Environ. Microbiol. , 1996, 62,
Tabela 2. Właściwości biochemiczne bakterii Escherichia coli 7, 2236-2243.
Laboratorium | 11/2007
22
2
H
mocznika
Proteoliza
indolu
Ruchliwość
laktozy
glukozy
acetoiny
Wykorzystanie
laboratorium przemysłowe
Typ patogenny Przykłady grup Interakcje pomiędzy Okres Czas trwania Czynniki
Objawy
E. coli serologicznych E. coli a gospodarzem inkubacji choroby wirulencji
ostra biegunka u niemowlÄ…t,
intimina (gen eae),
EPEC przyczepia siÄ™ ponadto gorÄ…czka, wymioty
O18ab, O18ac, O26, O44, od 6 godzin białko Tir (gen Tir),
do komórek nabłonka 17-72 i bóle brzucha; u dorosłych ostra,
EPEC O55, O86, O111, O114, do 3 dni, sygnalizacyjne
jelitowego, powodujÄ…c godziny, wodnista biegunka ze znacznÄ…
(enteropatogenny) O119, O125, O126, O127, średnio białka EspB, EspD,
zmiany w ich strukturze, średnio 36 h ilością śluzu, bez krwi, mdłości,
O128, O142, O157, O158 24 godziny enterotoksyna ESP
uszkadza je wymioty, skurcze brzucha, bóle
C, fimbrie BFP
głowy, gorączka i dreszcze
O2, O4, O5, O6, O15,
O18, O22, O23, O26:H11, biegunka, krwotoczny nieżyt jelita werotoksyna VT1
O55, O75, O91, O103:H2, EHEC przyczepia się grubego: nagły, ostry, skurczowy i/lub VT2, fimbrie
VTEC (EHEC)
O104, O105, O111:NM, i wpływa na komórki 2-9 dni, 3-9 dni, ból brzucha, obfita, krwista BFP (geny bfp i per),
(werocytotoksyczny)
O113:H21, O114, O117, błony śluzowej jelita oraz średnio 4 dni średnio 4 dni biegunka, wymioty, bez gorączki; intimina (gen aea),
(enterokrwotoczny)
O118, O121, O128ab, produkuje toksyny zespół hemolityczno-mocznicowy białko Tir (gen Tir),
O145, O153, O157:H7, (HUS) białko Esp (gen esp)
O163, O168
ETEC przywiera do
enterotoksyny, w tym
O6, O15, O25, O27, O63, nabłonka jelita cienkiego wodnista biegunka, niska
ETEC 8-44 godzin, werotoksyna VT
O78, O115, O148, O153, i produkuje toksyny, które 3-19 dni gorączka, skurcze brzucha,
(enterotoksyczny) średnio 26 h (VT1, VT2), ST (STa,
O159 oddziałują na komórki nudności, apatia
STb), EAST1, fimbrie
błony śluzowej jelita
obfita, wodnista biegunka,
O11, O28, O28ac, O29, w mniejszym stopniu krwawo-
EIEC atakuje komórki inwazyjne geny
O112, O112ac, O115, śluzowe biegunki, leukocyty
EIEC jelita grubego 8-24 godzin, zlokalizowane na
O121, O124, O135, O136, dni do tygodni w stolcu, ponadto gorÄ…czka,
(enteroinwazyjne) i rozprzestrzenia się średnio 11 h dużych plazmidach
O138, O143, O144, O147, dreszcze, bóle głowy i mięśni,
z komórki na komórkę (140 MDa)
O152, O164, O167, O173 skurcze brzucha, bolesne parcie
na stolec
zidentyfikowane
zewnętrzne błonowe
przyleganie do komórek nie są bliżej określone, wodnisty
DAEC O1, O2, O15, O21, O75, białka wielkości
nabłonka zarówno za brak danych brak danych stolec z domieszką śluzu,
(adherencyjne) O126 100 kDa,
pomocÄ… fimbrii, jak i bez gorÄ…czka, wymioty
fimbrie aida
nich
O3, O4, O7, O9, O15, O21, wirulentne plazmidy
EAggEC łączą się w grupy wodna, śluzowata, wydzielnicza
O44, O51, O59, O77, O78, wielkości 65 MDa,
EAggEC na komórkach jelita biegunka, niska temperatura,
O86, O91, O92, O99, 7-22 godzin dni do tygodni enterotoksyna
(enteroagregujÄ…ce) cienkiego i produkujÄ… skÄ…pe wymioty lub ich brak,
O106, O111, O113, O125, EAST1, toksyna Pet
toksyny zdarzają się duże, krwawe stolce
O126, O141, O146 (gen astA)
Tabela 3. Charakterystyka patogennych szczepów E. coli