Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Escherichia coli Escherichia là một chi của Gram âm, thuộc họ vi khuẩn đường ruột, được phát hiện năm 1885 và được đặt theo tên của nhà giáo sư người Áo gốc Đức - Theodor Escherich [23], [31], [58]. Escherichia bao gồm các loài: Escherichia albertii, Escherichia fergusonii, Escherichia hermannii, Escherichia senegalensis, Escherichia marmotae, và đáng chú ý nhất là Escherichia coli (E. coli) có liên quan về mặt lâm sàng.
Đồng thời, Escherichia coli là loài quan trọng nhất đại diện điển hình của chi này [23]. Phân loại khoa học của Escherichia coli [23]. Giới : Bacteria Ngành : Proteobactera Lớp : Gammaproteobactera Bộ : Enterobacteriales Họ : Enterobacteriaceae Chi : Escherichia Loài : Escherichia coli 1. Đặc điểm vi sinh học 1.
Hình thái và cấu trúc Escherichia coli là trực khuẩn Gram âm, kích thước trung bình từ 2 - 3m x 0,5m trong những điều kiện thích hợp (ví dụ trong điều kiện có kháng sinh) vi khuẩn có thể rất dài như sợi chỉ. Tuy nhiên rất ít số chủng Escherichia coli có vỏ, nhưng hầu hết các chủng Escherichia coli đều có lông và chúng còn có khả năng di động [23]. Tính chất nuôi cấy Escherichia coli phát triển dễ dàng trên các môi trường nuôi cấy thông thường. Một số có thể phát triển trên môi trường tổng hợp rất nghèo chất dinh dưỡng.
Hiếu kỵ khí tuỳ nghi. Có thể phát triển ở nhiệt độ từ 5 – 40°C, trong đó nhiệt độ thích hợp là 37°C. Trong điều kiện thích hợp Escherichia coli phát triển rất nhanh. - Trên môi trường lỏng sau 3 đến 4 giờ đã làm đục nhẹ môi trường, sau 24 giờ làm đục đều, sau hai ngày trên mặt môi trường có váng mỏng.
Những ngày sau, dưới đáy ống có thể thấy lắng cặn Escherichia coli. - Trên thạch dinh dưỡng hay thạch máu, khuẩn lạc to, ướt, lồi, viền không gọn, màu xám nhạt và một số có gây ra hiện tượng tan máu. - Trên môi trường Mac Conkey (MC), sau 24 giờ khuẩn lạc tròn, bóng, mướt, có màu đỏ. - Trên môi trường EMB (Eosin methylene blue lactose) khuẩn lạc bắt màu tím - Trên môi trường SS khuẩn lạc màu đỏ.2: Khuẩn lạc Escherichia coli trên môi trường MC (Nguồn: Hình thể vi khuẩn và khuẩn lạc 2009 [23]) 1.
Sức đề kháng Đun 55°C trong 1 giờ hoặc 60°C trong 30 phút sẽ bị tiêu diệt và chết ngay ở 100°C các chất sát trùng thông thường như Acid phenie, clorua thủy ngân, formol có thể diệt vi khuẩn Escherichia coli trong vòng 5 phút. Môi trường ở bên ngoài Escherichia coli có độc và có thể tồn tại trong một tháng. Escherichia coli nhạy cảm với nhiều loại kháng sinh nhưng cũng tạo khả năng đề kháng kháng sinh nhanh chóng [23]. Tính chất sinh hóa Escherichia coli lên men sinh hơi nhiều loại đường fructose, glucose, galactose, lactose, xylose, manitol, trừ andonit và inozit.
Escherichia coli sinh indol, phản ứng H2S âm tính, phản ứng citrate âm tính, phản ứng Voges-Proskauer âm tính, phản ứng methyl red dương tính [3], [23]. Khả năng gây bệnh Escherichia coli là thành viên thuộc vi hệ bình thường của đường tiêu hoá, chiếm tỷ lệ cao nhất trong số các vi khuẩn hiếu khí (khoảng 80%). Tuy nhiên, Escherichia coli cũng là một vi khuẩn gây bệnh quan trọng, nó đứng đầu trong các vi khuẩn gây tiêu chảy, viêm đường tiết niệu, viêm đường mật và đồng thời cũng đứng hàng đầu trong các căn nguyên gây nhiễm khuẩn huyết. Escherichia coli là căn nguyên thường gặp trong viêm màng não và viêm phổi trẻ mới sinh.
Escherichia coli còn gặp trong nhiễm trùng ngoại khoa và nhiễm trùng trong bỏng. Theo báo cáo của chương trình quốc gia giám sát tính kháng thuốc của các vi khuẩn gây bệnh thường gặp từ năm 1988 đến năm 1994 thì Escherichia coli đứng thứ hai sau S. aureus về tỷ lệ phân lập được tính chung tất cả các loại bệnh phẩm ở nước ta [4], [20], [22], [23]. Những type huyết thanh có khả năng gây bệnh thường gặp trên lâm sàng là: O111B4, O86B7, O126B16, O55B5, O119B4, O127B8, 026B6, O25B15, O128B12.
Cơ chế gây bệnh của Escherichia coli khác nhau tuỳ loại: - EPEC (Enteropathogenic E. coli): gây bệnh đường ruột. coli): gây độc tố ruột. coli): xâm nhập đường ruột.
coli): gây chảy máu ruột. coli): bám dính đường ruột. Dịch tễ Vi khuẩn Escherichia coli là một vi khuẩn thường sống trong ruột của người và động vật. Hầu hết các loại vi khuẩn Escherichia coli được biết đến với tác hại là nguyên nhân gây ra tiêu chảy tạm thời và thoáng qua, mặc dù được thấy trong hệ vi khuẩn bình thường của người, Escherichia coli có thể biến đổi thành dạng vi khuẩn có khả năng gây nhiễm khuẩn nặng như nhiễm trùng đường tiết niệu, nhiễm trùng máu, nhiễm trùng vết thương và viêm màng não 7 viêm phổi và các bệnh nhiễm trùng bệnh viên [23].
Sự đề kháng kháng sinh của Escherichia coli 1. Sinh enzyme phân hủy kháng sinh Escherichia coli là vi khuẩn thường gặp tại bệnh viện, chúng là những thành viên chính thuộc họ vi khuẩn đường ruột Enterobacteriacae gây nhiễm khuẩn bệnh viện do có tỉ lệ đề kháng kháng sinh rất cao. Đặc biệt, hai loài vi khuẩn gắn liền với lịch sử phát hiện cơ chế sinh ESBL ở vi khuẩn Gram âm với các type enzyme TEM, SHV. Điều quan trọng là gen sinh ESBL ở các vi khuẩn này chủ yếu di truyền qua trung gian R-plasmide [24].
Escherichia coli chủ yếu sản xuất ra các enzyme beta-lactamase phổ rộng (ESBL), các ESBL thuộc lớp A theo phân loại của Ambler, được mã hóa bằng gen trên plasmid, có khả năng thủy phân các penicillin, cephalosporin từ thế hệ 1 cho tới thế hệ 4 và aztreonam, vi khuẩn kháng lại được hầu hết các kháng sinh beta-lactam trừ một số kháng sinh mới như kháng sinh imipenem, kháng sinh meropenem và đặt biệt gần đây là vi khuẩn có NDM-1 (New Delhi metalo-beta-lactamase) [2], [22]. Giảm tính thấm của màng tế bào đối với kháng sinh Những chủng vi khuẩn sinh ESBL hoặc AmpC kết hợp với số lượng kênh porin bị giảm đi cũng dẫn tới đề kháng với carbapenem. Porin là kênh protein ở màng ngoài giúp vận chuyển các chất thân nước trong tế bào, bao gồm cả kháng sinh. Khi xuất hiện đột biến, kênh porin bị mất nước hoặc thiểu năng, dẫn đến ngăn cản sự khuếch tán sinh carbapenem vào màng tế bào vi khuẩn với tốc độ đủ chậm đủ để ESBL và AmpC có thể phân hủy được carbapenem.
Vi khuẩn Escherichia coli làm giảm số lượng kênh porin cũng gây giảm tính thấm với fluoroquinolon, làm kháng sinh này không thể tiếp cận được với các enzyme gyrase hoặc topoisomerase IV bên trong tế bào vốn là đích tác dụng của các fluoroquinolon [2], [22], [31]. Cơ chế bơm đẩy Đây cũng là cơ chế đề kháng các nhóm kháng sinh fluoroquinolon và aminoglycosid. Bơm tống thuốc RND (resistance- nodulation-cell division), thành phần ở khoang chu chất và protein màng trong. Các nghiên cứu gần đây chỉ ra việc tăng biểu hiện của bơm tống thuốc này có vai trò vận chuyển kháng sinh tigecyclin ra khỏi tế bào và đồng thời làm giảm nồng độ nội bào của kháng sinh tigecyclin[2], [22], [31].
ESBL và đặc điểm sinh ESBL của Escherichi coli 1. ESBL Các β-lactamase là các enzyme do vi khuẩn sinh ra, có khả năng làm bất hoạt các thuốc kháng sinh nhóm β-lactam bằng cách phá hủy nối amide của vòng β-lactam nên vi khuẩn mang các enzyme này có khả năng đề kháng kháng sinh rất hiệu quả. Trên toàn cầu, kháng sinh họ β-lactam được sử dụng nhiều nhất trong tất cả các nhóm, đặc biệt là từ khi các cephalosporine thế hệ thứ 3 được sử dụng rộng rãi trong điều trị nhiều bệnh nhiễm trùng, các biến đổi nhỏ trong chuỗi gen gốc đã làm thay đổi đáng kể tính ái lực của các enzyme đối với cơ chất và đã hình thành một nhóm enzyme beta-lactamase phổ mở rộng, còn gọi là ESBL thì vấn đề kháng với kháng sinh nhóm này rất đáng lo ngại [37]. Có ba loại ESBL chính là TEM, SHV và CTX-M.
Đây là các enzyme ESBL được xem là phổ biến và có tầm ảnh hưởng rộng lớn nhất. Các loại ESBL này vẫn không ngừng biến đổi và ngày càng tăng về số lượng và phức tạp hơn về đặc tính và hiện nay thế giới đã phát hiện hơn 500 loại [2], [37]. ESBL loại TEM: TEM là enzyme beta-lactamase do gen mã hóa nằm trên plasmid đầu tiên được mô tả năm 1960. TEM có hoạt tính thủy phân kháng sinh nhóm beta-lactam.
Enzyme này được tìm thấy ở chủng Escherichia coli phân lập được trong máu một bệnh nhân người Hy Lạp tên là TEM Oniera nên được gọi là TEM. TEM-1 là beta-lactamase thường gặp nhất ở các chủng trực 9 khuẩn Gram âm. TEM-2 là dẫn xuất đầu tiên của TEM-1, có sự thay thế một acid amin so với beta-lactamase nguyên thủy. Các TEM-1 và TEM-2 gây ra tình trạng kháng với các penicillin.
Các biến thể khác nhau của TEM có nguồn gốc từ TEM-1 và TEM-2 và được hình thành do các đột biến điểm, là sản phẩm của sự thay thế từ 1 đến 7 acid amin, thường ở các vị trí 39, 104, 164, 238 và 240. Các biến thể nàycó hoạt lực khác nhau với các cephalosporin. TEM-3 có hoạt lực mạnh kháng lại cefotaxime và ceftazidime. Trong khi đó, TEM-10 và TEM-26 ít có hoạt lựckháng lại cefotaxime và ceftriaxone.
Các gen mã hóa cho enzyme này có thể lan truyền từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác qua trung gian plasmid và transposon. Ngày nay, hơn 170 thành viên của enzyme này được mô tả [37]. ESBL loại SHV: SHV-2 là loại ESBL được phát hiện đầu tiên trên vi khuẩn Klebsiella ozaenae tại Đức vào năm 1983. SHV chịu trách nhiệm cho sự kháng với ampicillin qua trung gian plasmid ở K.
Các SHV đều bắt nguồn từ SHV-1 và được hình thành do sự đột biến điểm, đột biến mất đoạn hoặc đột biến chèn. Cho đến thời điểm hiện tại, đã có hơn 100 biến thể của enzyme này được phát hiện khắp nơi trên thế giới. Các vi khuẩn sinh ESBL loại SHV được tìm thấy chủ yếu ở Enterobacteriaceae, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter spp [37]. ESBL loại CTX-M: Các enzyme CTX-M là loại ESBL có khả năng thủy phân hiệu quả cefotaxim.
CTX-M có khả năng thủy phân cephalothin tốt hơn so với benzyl-penicillin và cefotaxim tốt hơn ceftazidim. Các gen mã hóa cho CTX-M nằm trên plasmid loại IncF, loại có khả năng tiếp hợp cao, có kích thước từ 50 - 200kb. Gen blaCTX-M được xác định nằm dưới vùng trình tự gắn chèn ISEcp1, trình tự giúp cho gen có khả năng chèn vào một đoạn DNA khác dễ dàng. Hiện nay đã có 128 loại CTX-M được phát hiện và được chia thành 5 phân nhóm, mỗi phân nhóm chứa các enzyme đặc trưng: CTX-M-1, CTX-M- 2, 10 CTX-M-8, CTX-M-9 và CTX-M-25.
Một chủng vi khuẩn có thể mang gen mã hóa đồng thời CTX-M, TEM và SHV hoặc CTX-M và AmpC, điều này dễ dàng có thể làm biến đổi kiểu hình kháng kháng sinh [37].