Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. coli và bệnh phù đầu, tiêu chảy ở lợn do E. coli Vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) trước đây được gọi là Bacterium coli commune hay Bacillus coli communis, lần đầu tiên phân lập được từ phân trẻ em bị tiêu chảy năm 1885 và được đặt theo tên của người bác sĩ nhi khoa Đức Theodor Escherich (1857-1911) (Nguyễn Vĩnh Phước, 1974 [20], Nguyễn Lân Dũng và cs., (1976) [7], Nguyễn Như Thanh và cs.
coli thuộc họ Enterobacteriaceae, là họ vi khuẩn thường trực ở trong ruột, chiếm tới 80% các vi khuẩn hiếu khí (Hoàng Thuỷ Nguyên và cs. Trong điều kiện bình thường, E. coli khu trú thường xuyên ở phần sau của ruột, ít khi có ở dạ dày hay đoạn đầu ruột non của động vật. Khi gặp điều kiện thuận lợi, chúng phát triển nhanh về số lượng, độc lực, gây loạn khuẩn, bội nhiễm đường tiêu hoá và trở thành nguyên nhân gây bệnh tiêu chảy (Nguyễn Vĩnh Phước, 1974 ) [20], (Lê Văn Tạo, 1997) [26].
Đặc điểm hình thái, cấu trúc của vi khuẩn a. Đặc điểm hình thái Theo Nguyễn Quang Tuyên (2008)[33] vi khuẩn E. coli là một trực khuẩn hình gậy ngắn, có kích thước 2 - 3µm x 0,3 - 0,6µm; ở môi trường nuôi cấy, trong canh khuẩn già xuất hiện những trực khuẩn dài 4 - 8 µm. Trong cơ thể người và động vật, vi khuẩn thường có hình cầu trực khuẩn, đứng riêng lẻ, đôi khi xếp thành chuỗi ngắn.
Phần lớn vi khuẩn E. coli có khả năng di động do có lông ở xung quanh thân, không sinh nha bào, có thể có giáp mô. Vi khuẩn bắt màu gram âm, có thể bắt màu đều hoặc sẫm ở hai đầu, khoảng giữa nhạt hơn. Nếu lấy vi khuẩn từ khuẩn lạc nhầy để nhuộm, có thể thấy giáp mô, nhưng khi soi tươi thì thường không nhìn thấy được.
Đặc điểm cấu trúc Vi khuẩn E. coli được chia làm các serotype khác nhau dựa vào cấu trúc kháng nguyên thân O, giáp mô K, lông H và kháng nguyên bám dính F. Cấu trúc kháng nguyên của vi khuẩn E. coli gây bệnh trên gia súc rất đa dạng và phức tạp với 4 nhóm kháng nguyên chính là các kháng nguyên O (kháng nguyên thân), H (kháng nguyên lông), K (kháng nguyên giáp mô), và F (kháng nguyên bám dính) (Gyles C.
Bằng phản ứng ngưng kết, các nhà khoa học đã tìm ra được 250 serotype O, 89 serotype K, 56 serotype H và một số serotype F. Khi xác định serotype đầy đủ của 1 chủng vi khuẩn E. coli thì phải xác định đủ cả 3 loại kháng nguyên nói trên. Kháng nguyên O (Kháng nguyên thân - Ohne Hauch) được coi như là một yếu tố độc lực có thể tìm thấy ở thành tế bào và có liên hệ trực tiếp với hệ thống miễn dịch.
Kháng nguyên O khi gặp kháng huyết thanh tương ứng sẽ xảy ra phản ứng ngưng kết. Ngưng kết kháng nguyên O tạo thành những hạt nhỏ, khó tan. Kháng nguyên H (kháng nguyên lông - Hauch) là thành phần lông của vi khuẩn, có bản chất protein, kém bền vững hơn so với kháng nguyên O. Kháng nguyên H không phải là yếu tố độc lực của vi khuẩn, nhưng có khả năng tạo miễn dịch mạnh.
Phản ứng miễn dịch xảy ra nhanh hơn so với kháng nguyên O. Kháng nguyên H của vi khuẩn E. coli không có vai trò bám dính, không có tính độc và cũng không có ý nghĩa trong đáp ứng miễn dịch phòng vệ nên ít được quan tâm nghiên cứu, nhưng nó có ý nghĩa rất lớn trong xác định giống loài của vi khuẩn (Orskov F. Kháng nguyên K (Kháng nguyên vỏ bọc - Capsular), còn được gọi là kháng nguyên bề mặt (OMP - Outer membrane protein) hoặc kháng nguyên vỏ bọc (Capsular).
Vai trò của kháng nguyên K chưa được thống nhất. Có rất nhiều ý kiến cho rằng, nó không có ý nghĩa về độc lực của vi khuẩn, vì thấy rằng độc lực của chủng E. coli có kháng nguyên K cũng giống độc lực của chủng không có kháng nguyên K (Orskov F. Tuy nhiên, có ý kiến khác cho rằng, nó có ý nghĩa về độc lực vì nó tham gia bảo vệ vi khuẩn trước những yếu tố phòng vệ của vật chủ.
Tuy vậy, phần lớn các ý kiến đều thống nhất kháng nguyên K có hai nhiệm vụ sau: 6 Hỗ trợ trong phản ứng ngưng kết của kháng nguyên O, nên thường ghi liền công thức serotype của vi khuẩn là Ox: Ví dụ như: E. Tạo ra hàng rào bảo vệ cho vi khuẩn chống lại tác động của ngoại cảnh và hiện tượng thực bào, yếu tố phòng vệ của vật chủ. Kháng nguyên F (Kháng nguyên Fimbriae- Kháng nguyên bám dính): Hầu hết các chủng E. coli gây bệnh đều sản sinh ra một hoặc nhiều kháng nguyên bám dính.
Các chủng không gây bệnh thì không có kháng nguyên bám dính. Kháng nguyên bám dính giúp vi khuẩn bám vào các thụ thể đặc hiệu trên bề mặt tế bào biểu mô ruột và trên lớp màng nhày để xâm nhập và gây bệnh, đồng thời chống lại khả năng đào thải vi khuẩn của nhu động ruột. Một số loại kháng nguyên bám dính của vi khuẩn E. coli thuộc nhóm ETEC (Enterotoxigenic E.
coli) gây bệnh chủ yếu cho lợn là F4 (K88), F5 (K99), F6 (987P), F18 và F41 (Carter G. Đặc tính nuôi cấy, sinh vật, hoá học a. Đặc tính nuôi cấy Theo Nguyễn Như Thanh và cs. coli là trực khuẩn hiếu khí và yếm khí tùy tiện, có thể sinh trưởng ở phổ nhiệt độ khá rộng (từ 5- 400C), nhiệt độ thích hợp là 370C và phổ pH rộng (pH từ 5,5 - 8,0), pH thích hợp nhất là từ 7,2-7,4.
coli phát triển dễ dàng trên các môi trường nuôi cấy thông thường. Khi nuôi cấy trên các môi trường, để trong tủ ấm ở 370C và sau 24 giờ vi khuẩn sẽ phát triển như sau: Môi trường thạch thường: Hình thành những khuẩn lạc tròn, ướt, bóng láng không trong suốt, màu tro trắng nhạt, hơi lồi, đường kính từ 2-3mm. Nuôi lâu, khuẩn lạc có màu nâu nhạt và mọc rộng ra, có thể quan sát thấy cả những khuẩn lạc dạng R (Rough) và M (Mucous). Môi trường nước thịt: Phát triển rất nhanh, tốt, môi trường đục đều có lắng cặn màu tro nhạt ở dưới đáy, đôi khi có màu xám nhạt, canh trùng có mùi phân thối.
Môi trường MacConkey: Khuẩn lạc có màu hồng cánh sen, tròn nhỏ, hơi lồi, không trầy, rìa gọn, không làm chuyển màu môi trường. Đặc tính sinh vật hoá học Theo Nguyễn Quang Tuyên (2008)[33] phản ứng lên men đường: Vi khuẩn E. coli lên men sinh hơi các loại đường Lactose, Fructose, Glucose, Levulose, Galactose, Xylose, Manitol; lên men không chắc chắn các loại đường Duncitol, Saccarose và Salixin. Một số phản ứng sinh hoá khác: Phản ứng Indol và MR dương tính, phản ứng H2S, VP, Urea âm tính.
Đặc tính gây bệnh của vi khuẩn E. Cơ chế gây bệnh của vi khuẩn E. coli Theo Đào Trọng Đạt và cs. (1996)[8] để có thể gây bệnh, đầu tiên vi khuẩn E.
coli phải bám dính vào tế bào nhung mao ruột bằng các yếu tố bám dính như kháng nguyên F. Sau đó, nhờ các yếu tố xâm nhập (Invasion), vi khuẩn sẽ xâm nhập vào tế bào biểu mô của thành ruột. Ở đó, vi khuẩn phát triển, nhân lên và phá huỷ lớp tế bào biểu mô gây viêm ruột, đồng thời sản sinh độc tố đường ruột Enterotoxin. Độc tố đường ruột tác động vào quá trình trao đổi muối, nước, làm rối loạn chu trình này.
Nước từ cơ thể tập trung vào lòng ruột làm căng ruột, cùng với khí do lên men ở ruột gây nên một tác dụng cơ học, làm nhu động ruột tăng, đẩy nước và chất chứa ra ngoài, gây nên hiện tượng tiêu chảy. Sau khi đã phát triển ở thành ruột, vi khuẩn vào hệ lâm ba, đến hệ tuần hoàn, gây nhiễm trùng máu. Trong máu, vi khuẩn chống lại hiện tượng thực bào, gây dung huyết, làm cho cơ thể thiếu máu. Từ hệ tuần hoàn, vi khuẩn đến các tổ chức cơ quan.
Ở đây, vi khuẩn lại phát triển nhân lên lần thứ hai, phá huỷ tế bào tổ chức, gây viêm và sản sinh độc tố gồm Enterotoxin và Verotoxin, phá huỷ tế bào tổ chức, gây tụ huyết và xuất huyết. Các yếu tố gây bệnh của vi khuẩn E. coli Các yếu tố gây bệnh của E. coli bao gồm khả năng kháng khuẩn, yếu tố bám dính, khả năng xâm nhập, yếu tố gây dung huyết và khả năng sản xuất độc tố.
Các chủng vi khuẩn E. coli không có các yếu tố trên thì không có khả năng gây bệnh. Dựa vào các yếu tố gây bệnh nói trên, người ta đã phân loại vi khuẩn E. coli thành các loại sau: Enterotoxigenic E.
coli (EPEC), Adherence Enteropathogenic E. coli (AEEC) và Verotoxingenic E. Trong đó, các chủng vi khuẩn thuộc 8 nhóm ETEC và VTEC thường gây bệnh tiêu chảy cho lợn con sơ sinh và lợn sau cai sữa (Fairbrother J. * Yếu tố kháng khuẩn Nhiều chủng vi khuẩn E.
coli có khả năng sản sinh ra chất kháng khuẩn có tác dụng ức chế hoặc tiêu diệt các loại vi khuẩn khác, gọi là ColicinV. Vì vậy, yếu tố này cũng được coi là một trong các yếu tố độc lực của vi khuẩn E. coli gây bệnh (Smith H. * Yếu tố bám dính Để gây bệnh, các chủng ETEC phải bám dính lên trên tế bào biểu mô của ruột non.
Hầu hết các chủng ETEC đều có mang một hoặc nhiều các yếu tố bám dính như: F4 (K88), F5 (K99), F6 (987P), F17, F18, F41, F42 và F165. Ở lợn, các chủng vi khuẩn ETEC gây bệnh tiêu chảy thường mang các yếu tố bám dính sau đây: F4 (K88): F4 hay còn gọi là K88 là một kháng nguyên không chịu nhiệt. Bằng việc sử dụng các kháng huyết thanh đặc hiệu, Orskov I. (1964) [60] đã phân biệt được hai loại khác nhau của F4 là F4ab và F4ac.
Loại thứ 3 được phát hiện bởi Guinee và Jansen được đặt tên là F4ad (Guinee và cs. Sợi F4 giúp cho vi khuẩn bám được vào receptor tương ứng của nó trên tế bào biểu mô của lông nhung ruột non, từ đó vi khuẩn có thể xâm nhập cố định và phát triển được ở thành ruột non. Yếu tố bám dính F4 được mang trong vi khuẩn E. coli thuộc nhóm ETEC, gây bệnh tiêu chảy ở lợn trước và sau cai sữa (Nagy B.
F5 (K99): F5 trước kia được cho là kháng nguyên bám dính của E. coli chỉ gây bệnh ở bê, nghé và cừu. Tuy nhiên, hiện nay chúng cũng được tìm thấy với tỷ lệ thấp ở các chủng ETEC phân lập từ lợn tiêu chảy (Links và cs, 1985) [55]. Sự sản sinh F5 phụ thuộc vào nhiều yếu tố của vi khuẩn như: Tốc độ sinh trưởng, pha sinh trưởng, nhiệt độ và alanine trong môi trường Các gen mã hóa cho sự tổng hợp F5 nằm trên ADN của plasmid (Isaacson, 1977) [48].