VI KHUẨN VIBRIO CHOLERAE VÀ BỆNH TẢ

Dựa vào thành phần kháng nguyên vỏ O antigen, V.cholerae O1 được chia làm 3 tuýp huyết thanh :  Tuýp Ogawa có kháng nguyên A và B thành bệnh  Tuýp Inaba có kháng nguyên A và C thành bệ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG



TIỂU LUẬN

VI KHUẨN VIBRIO CHOLERAE VÀ BỆNH TẢ

III. Tài liệu tham kháo

lập sau 30 năm và công bố sự phân lập vi khuẩn V.cholerae trong người

mang bệnh tả

• Căn cứ vào sự khác nhau của kháng nguyên thân vi khuẩn (O),V.cholerae được phân chia thành hơn 100 nhóm

• Dựa vào tính chất sinh học, V.cholerae được chía thành 2 tuýp:

 V.cholerae sinh tuýp cổ điển.

 V.cholerae sinh tuýp Eltor (khả năng gây nguy hiểm cao hơn tuýp cổ

điển)

• Hầu hết các chủng vi khuẩn tả đều không có độc tính Chủng Bengal gâythành dịch được định danh là O1 Dựa vào thành phần kháng nguyên vỏ

(O antigen), V.cholerae O1 được chia làm 3 tuýp huyết thanh :

 Tuýp Ogawa có kháng nguyên A và B (thành bệnh)

 Tuýp Inaba có kháng nguyên A và C (thành bệnh)

 Tuýp Hikojima có kháng nguyên A,B,C (hiếm gặp)

• Trước 1992, căn nguyên của tất cả vụ dịch tả đều bắt nguồn từ nhóm O1.Năm này cũng xuất hiện một nhóm huyết thanh mới là có cơ chế giốngO1, là O139 “Bengal” Về mặt di truyền, O139 “Bengal” hình thành từElTor nhưng cấu trúc kháng nguyên của chúng biến đổi Nhóm O139không có các gen kiểm soát quá trình tổng hợp kháng nguyên như O1, vìvậy nó không bị ngưng kết bởi kháng huyết thanh kháng O1 Do đặc tính

3

kháng nguyên O đặc thù của Bengal 139 nên cơ thể không có miễn dịchsau khi bệnh.

Hình: sơ đồ hình thành các tuýp huyết thanh của V.cholerae

• Do một số yếu tố nhất định các dạng non O1 và non O139 không gâybệnh sau khi trao đổi thông tin di truyền với chủng O1 và O139 sẽ chuyểnthành dạng gây bệnh

2 Đặc điểm sinh học

• Vi khuẩn hình que cong, gram âm, kích thước 0.3x0.6µm, không có vỏ,không hình thành bào tử, có 1 tiên mao ở đầu và có khả năng di độngmạnh

• Hiếu khí, phát triển tốt ở môi trường kiềm (pH 8.5-9.5) và nồng độ NaClcao (3%) ở nhiệt độ 37oC

• Tính chất sinh hóa: lên men không sinh hơi, chứa một số enzyme dịchhóa gelatin, khử nitrat thành nitrit, phân giải tryptophan thành indol, lênmen đường glucose…

• Sức đề kháng: bền với nhiệt độ, sấy khô, các phản ứng acid và chất sáttrùng, thường chết sau 15’ ở 56oC Ở trong dạ dày chết nhanh bởi dịchmật, HNO2 của dạ dày

• Trong môi trường ẩm, lạnh, pH kiềm, vi khuẩn thường sống lâu hơn

3 Các yếu tố độc lực

• Có 2 trình tự quan trọng trong quá trình tiến hóa của V.cholerae gây bệnh

lý :

 Tiếp nhận phage TCP và biến thành V.cholerae TCP+

 Sau khi thành TCP+, tức vi khuẩn có tua, tua sẽ đóng vai trò thụ thể chophage CTXΦ để cho phage chui vào vi khuẩn và gắn DNA của nó vào

chromosome của V.cholerae theo cơ chế phage tiềm tan ( lysogenic ).

• Bản chất của các gene CTX và TCP đều là bacteriophage từ bên ngoài

được gắn vào trong chromosome của V.cholerae V cholerae trở thành chủng sinh độc tố (toxicogenic V.cholerae) và gây bệnh khi nào chúng có

tiêm mao (pili) giúp vi khuẩn bám vào niêm mạc ruột non

5

• Giữa các bacteriophage CTX và TCP có một sự cộng tác như sau: phage

CTX Φ chui vào tế bào V.cholerae thông qua các tua (pili) vốn do 1

phage khác là TCP Φ mã hóa.Khi DNA của CTX Φ gắn vào chromosomethành 1 gene, gene này chịu sự kiểm soát của 1 gene khác là ToxR, vốn làgene cũng mã hóa gene TCP, để sản xuất ra độc tố tả CT

• Cơ chế sinh độc tố này nằm trong bí mật về trình tự di truyền củaV.cholerae mới được giải mã vào năm 2000 khi người ta phát hiện vi

khuẩn này có 2 chromosome, 1 lớn ( chr 1 ) và 1 bé ( Chr 2 ) Đây là điều

thú vị bởi vì các vi khuẩn khác đều chỉ có 1 chromosome 2 chromosome

của V.cholerae đóng vai trò chuyển hóa và sao chép, tạo ra lợi thế tiến

hóa cho vi khuẩn trong môi trường khi khí hậu thay đổi Chromosome lớn( chr I ) chứa hầu hết những gene cần thiết cho sự tăng trưởng và sinhbệnh giúp cho vi khuẩn thích ứng và phát triển với môi trường ở ruột, Chr

2 phụ trách chu trình ( pathway ) biến dưỡng và điều hòa cần thiết để vikhuẩn sống trong các ổ ngoài môi trường

• Trên ChrI có 2 cụm gene đặc biệt đó là CTXΦ và VPI Năm 1999, người

ta phát hiện rằng VPI vốn là 1 bacteriophage gọi là VPIΦ mã hóa chothụ thể TCP để cho 1 bacteriophage khác (CTXΦ ) gắn kết vào ChrI và

sản xuất ra CT.Như vậy, một chủng V.cholerae không sinh độc tố sẽ trở

thành chủng sinh độc tố khi chủng này thu nhận được phage CTXΦ cầnthiết

4 Sinh thái học

• Vòng đời của V.cholerae gồm 2 giai đoạn:

 Giai đoạn ở bên ngoài môi trường nước :

 Chủng V.cholerae sinh bệnh vẫn sống được khi độ mặn trong nước

thấp Trong nước biển, V.cholerae có thể sống đến 50 ngày Ngoài

ra, sự sống sót của V.cholerae còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố phi sinh học (abiotic).

 Khi môi trường không có đủ điều kiện thuận lợi cho chúng sinhtrưởng, V.cholerae có thể thay đổi hình dạng và lui vào trạng thái ngủ(dormancy), tức là dạng vẫn còn sống nhưng không nuôi cấy được.Trong giai đoạn ngủ, vi khuẩn có thể chịu đựng được những thay đổi

về nhiệt độ, độ mặn, hàm lượng chất hữu cơ trong môi trường

 Khi ở bên ngoài cơ thể ký chủ, tùy theo điều kiện của môi trường

V.cholerae tồn tại dưới 5 hình thái :

 Dạng tự do chuyển động trong nước

7

 Dạng cộng sinh với phù diêu sinh vật thực vật.

 Dạng hội sinh với phù diêu sinh vật động vật

 Dạng Dormancy

 Sản xuất ra lớp biofilm bám vào các bề mặt có chất chitin hoặckhông có chất sống ( abiotic )

 Khả năng bám dính là một thuộc tính quan trọng của V.cholerae, vi

khuẩn bám vào bề mặt của một vật thể nhằm giúp chúng tiếp xúc vớinguồn thức ăn li ti qua khả năng sản xuất chất chitinase rất mạnh giúpcho vi khuẩn sống trên bề mặt lớp chitin của những phù phiêu sinh vật

(plankton) như loài giáp xác copepod V.cholerae còn tiết ra mucinase

giúp cho vi khuẩn chui qua được hàng rào chất nhầy phủ trên biểu môđường tiêu hóa

 Giai đoạn ở trong lòng ruột ký chủ :

 Đa số các Vibrio chết sau khi được nuốt vào bụng, bởi vì ngay khi vào

đến dạ dày, acid của dịch vị sẽ tấn công chúng Tuy nhiên, thức ăn

được nuốt vào cùng lúc với Vibrio sẽ làm dịu đi sức tấn công của acid

dịch vị đối với chúng và cho phép một số vi khuẩn yên ổn qua được

cửa ải dạ dày Chỉ có một số nhỏ các chủng Vibrio phát triển được các

chiến lược thích ứng giúp chúng sống sót và sinh sôi khi ở trong ruộtcon người, còn đa số thì không có khả năng này

5 Cơ chế gây bệnh

• Độc tố của V.cholearae tiếp xúc với bề mặt màng tế bào Khả năng gắn

kết và cố định vào tế bào niêm mạc có thể được hỗ trợ bởi các “ sợi lông”của chúng kết lại thành bó ở một đầu vi khuẩn Các sợi này gợi là Tcppili Chuỗi amino acid của Tcp pili tương tự như N-methylphenylalaminepili của Pseudomonas và Neisseria

• Vi khuẩn còn có khả năng tổng hợp hai protease có tên chitinase vàmucinase Chitinase là sản phẩm tiết có khả năng làm biến đổi chitin bằngcách bẻ gãy các liên kết glycosidic và giúp vi khuẩn xâm nhập qua đượclớp vỏ vào cơ thể những động vật này Mucinase là một protease khôngđặc hiệu nhưng có tác dụng hỗ trợ cho vi khuẩn xâm nhập vào đường tiêuhóa của con người

• Các thành phần liên kết (B) gắn với oligosaccharide của một thụ quan đặcbiệt có tên GMI ganglioside.

• Thay đổi dạng thụ quan: V.cholerae sản xuất men tan nhầy và chất giúp

nó xâm nhập vào tế bào đồng thời làm GMI gangliside có trên bề mặt các

tế bào niêm mạc chuyển thành monosialosyl có thể nhận độc tố, giúp cáccấu phần A tiếp xúc với màng tế bào Ngoài ra, men tan nhầy còn giúpchúng phân giải các protein và phân giải chính độc tố của nó

• Cấu phần A xâm nhập vào tế bào

• Liên kết disulfide của cấu phần A chịu tác động của glutathione trong tếbào dẫn đến giải phóng tiểu phần A1 và A2; A1 thủy phân NAD giảiphóng ADP-Ribose và nicotiamide

• Một trong các protein Gs hoặc Ns có tác dụng điều hòa hệ thống củaadenylatecyclase có mặt ở phía trong màng tế bào dưới xúc tác của tiểuphần A1 sẽ gắn với ADP-Ribose để hình thành dạng liên kết protein vớiADP-Ribose (Gs-ADPR), gây ức chế hoạt động của GTPase và giữAdenylatecyclase ở trạng thái hoạt động

• Adenylatecyclase là một enzyme liên kết với màng tế bào và có khả năngxúc tác quá trình chuyển ATP thành AMP vòng Bình thườngAdenylatecyclase hoạt hóa bởi protein điều hòa và GTP Thời gian hoạthóa Adenylatecyclase thường ngắn do protein Gi có khả năng thủy phânGTP làm mất khả năng hoạt hóa Adenyatecyclase của GTP Việc ức chếhoạt động của GTPase làm GTP không bị thủy phân để tiếp tục thực hiệnchức năng hoạt hóa Adenylatecyclase dẫn đến hình thành hàm lượng caohơn bình thường của cAMP cAMP kích thích tế bào “bơm” ion Cl- vàolòng ruột Do mất Cl- nên nước, Na+ và các chất điện giải khác sẽ ra khỏi

tế bào theo chiều gradient Chính vì vậy các tế bào chị tác động của độc tốV.cholerae nghiễm nhiên trở thành những chiếc “máy bơm” chuyển nướcvào lòng ruột dẫn đến tiêu chảy, mất chất điện giải

9

Hình: cơ chế gây bệnh của vi khuẩn V.cholerae

Hình: cơ chế gây bệnh của vi khuẩn V.cholerae

II. Bệnh dịch tả

1 Khái niệm

Bệnh tả (Cholera) là một nhiễm trùng đường ruột do vi khuẩn Vibrio

cholerae gây ra, độc tố vi khuẩn gây nôn ói và tiêu chảy nặng kèm mất

nước được Robert Koch phân lập vi khuẩn gây bệnh tả năm 1883

2 Lịch sử

Bệnh tả có nguồn gốc từ Ấn Độ khoảng 600 năm trước Công nguyên Vàokhoảng năm 1831 bệnh tả lần đầu tiên lan truyền vào châu Âu Đại dịchcuối cùng lan truyền từ Peru vào năm 1991 Ngày 9 tháng 2 chính phủ Perutuyên bố đặt cả nước vào tình trạng khẩn cấp, dù vậy bệnh vẫn lan truyềnsang Ecuador, Colombia, Mexico và Nicaragua Trong số 400.000 ngườibệnh ở Nam Mỹ lúc đó có 12.000 người chết

7 đại dịch khủng khiếp gây ra bởi bệnh tả :

• Năm 1818, trận thứ nhất xuất phát từ châu thổ sông Hằng đã được thếgiới biết đến Vào 1821, trên các con tàu mang dịch tả đi theo hướng tâyqua biển Ả rập và vùng Vịnh cổ có đến hàng ngàn người chết Bệnh tả lannhanh qua Syria ,Nga, vùng Đông Nam Á và cuối cùng đến Nhật vào1820

• Trận đại dịch thứ 2 xuất hiện tại vùng châu thổ sông Hằng vào năm 1826.Bệnh nhanh chóng tạo ra 1 ổ bệnh trong các nhóm tín đồ đạo Hồi hànhhương đến Mecca vùng Trung Đông Quân đội Nga tham chiến tạiPersian và Turkey, cùng với tàu bè đi ngược sông Volga và sông Don đãmang bệnh đến nước Nga, đến Moscow vào năm 1830 Mùa hè năm sau,bệnh nhanh chóng lan ra khắp London và toàn bộ nước Anh Năm 1832thì bệnh đã đến vùng bờ biển phía tây nước Úc 1834, bệnh lan rộng đếnNew York và Philadelphia và dọc bờ biển phía Đông, Cuba và các cảngvùng Trung Mỹ cũng bị mắc bệnh

• Trận đại dịch thứ 3 bắt đầu vào năm 1852, với đầy vẻ khốc liệt như cáctrận dịch trước, nó lan xuống Nam Mỹ và tòan bộ châu Phi.

• Trận thứ 4 xuất hiện vào năm 1863, gây ra khoảng 30 ngàn tử vong trong

số 90 ngàn khách hành hương đạo Hồi đến Mecca trong 1865 Năm 1966,riêng tại Nga đã có đến 90 ngàn người chết

• Trận thứ 5 tấn công thế giới vào năm 1881 mặc dù các thành phố đã cóchuẩn bị, bệnh vẫn tàn phá nhiều nới tại châu Âu, Nga, Trung Đông, BắcPhi, toàn bộ châu Á và Nam Mỹ

• Trận đại dịch thứ 6, kéo dài từ 1899 đến 1923, đã tấn công vào nhữngvùng từng mắc trong những đại dịch trước Mộtvụ bùng phát lớn tại Aicập vào năm 1947 đã để lại hơn 20.000 người chết

• Trận đại dịch thứ 7 bắt đầu vào năm 1961 với 1 vụ bùng phát tạiSulawesi, Indonesia Đây là đại dịch đầu tiên do một chủng Vibrio mới là

El Tor gây ra 1970, El Tor đã lây lan sang vùng Tây Á, châu Phi, châu

13

Âu và Philippines Dịch lan ra khắp vùng duyên hải xứ Peeeerru vàotháng giêng 1991, sau đó bùng nổ dữ dội hầu như khắp Nam và Trung Mỹ

và sau đó lan đến Mexico Có đến 400.000 ca được báo cáo và đến cuối

1994, có đến hơn 1 triệu ca bệnh được báo cáo

3 Nguồn lây nhiễm

• Do dùng nguồn nước nhiễm khuẩn gây bệnh

• Do tiếp xúc gián tiếp hoặc trực tiếp với nguồn chất thải của người bệnh

• Các nguồn thực phẩm không được nấu chín kỹ

• Nguồn truyền bệnh xuất phát từ những người lành mang mầm bệnh

• Ngoài ra, mức độ lây nhiễm của một người đối với bệnh tả còn phụ thuộcvào nhóm máu Người có nhóm máu O dễ lây nhiễm nhất, trong khingười có nhóm máu AB có khả năng kháng cự nhiều nhất Giữa hai tháicực này là nhóm máu A và B, và nhóm máu A có khả năng kháng

V.cholerae nhiều hơn nhóm máu B.

• Dịch tả thường xảy ra vào mùa nóng Do đó, những yếu tố ảnh hưởng đếnthời tiết và sự thay đổi thời tiết có ảnh hưởng lên sự xuất hiện của dịch tả.Như hiện tượng thời tiết El – Nino làm ấm lên vùng nước lạnh ở bờ biểnThái Bình Dương của quốc gia Peru làm cho những vi sinh động và thựcvật tự tạo chất đạm từ ánh sáng mặt trời theo ven sông và cửa biển sinhsản dữ dội Chúng mang theo những vi khuẩn tả sống cộng sinh nhờ đó

mà tăng lên Số lượng vi khuẩn cao là yếu tố quan trọng bùng phát dịchtả

Hình: các phương thức lây nhiễm của bệnh tả

4 Bệnh lý của dịch tả

trong tế bào ruột và với nhiều thành phần của hệ thống điều hành ruột,bao gồm những tế bào thần kinh ruột và những tế bào Enterochromaffin(EC), để tạo ra tình trạng bài tiết và tiêu chảy với lượng lớn Bên cạnh độc

tố dịch tả (cholera toxin), vi khuẩn tả còn sản xuất zona occludens toxin

(ZOT), độc tố này làm tăng sự thẩm thấu qua chỗ nối chặt chẽ giữa 2 tếbào ruột, và độc tố phụ (ACE: assessor cholera enterotoxin), chưa có rõphận sự trên những tế bào ruột Ngoài cAMP tạo ra adenylate cyclase khi

bị độc tố của vi khuẩn tả gây ra, những chất gồm prostaglandins (PG),serotonin, và vasoactive intestinal polypeptide (VIP) được tiết ra bởi thựcbào (macrophages), enterochromaffin cells (EC) và những tế bào thần

15

kinh ruột (enteric neurons) Độc tố tả (cholera toxin) cho thấy tác động

trên adenylate cyclase trên phía đáy và bên (basolateral membrane) của tếbào trong thí nghiệm cho thấy sự vận chuyển độc tố tả đến màng đáy và

bên bị ức chế bởi Brefeldin A (theo mũi tên răng cưa) (From Sellin JH:

Functional anatomy, fluid and electrolyte absorption In Feldman M, Schiller LR [eds]: Gastroenterology and Hepatology The Comprehensive Visual Reference, vol 7, Small Intestine Philadelphia, Current Medicine,

1997, p 1.14.)

• Khi vi khuẩn tả nhóm O1 và O139 bám vào bề mặt của ruột sinh sôi nẩy

nở và tiết ra chất độc cho ruột non (enterotoxin) Chất độc này làm lớp tếbào lót ruột non bài tiết ra chất lỏng (fluids) và chất điện giải(electrolytes), do đó tiêu chảy xảy ra Thời gian từ lúc ta nuốt vào cho đếnkhi bệnh phát ra (thời gian ủ bệnh) thay đổi từ 12 giờ cho đến 72 giờ tùythuộc vào số lượng vi khuẩn ta nuốt vào

• Độc tố của vi khuẩn tả có 2 đơn vị phụ (subunits): đơn vị phụ B(pentamer B subunit) gồm 5 nhánh và đơn vị phụ A (monomer A subunit)

có 2 nhánh Đơn vị phụ B bám vào một nơi tiếp nhận đặc biệt,ganglioside (GM1) ở trên bề mặt của tế bào lót của màng nhầy (mucosa)ruột non của con người và vài loài có vú (mammals) Đơn vị phụ hoạtđộng (active) A có 2 nhánh A1 và A2 2 Nhánh này nối liền nhau bằngmột cầu nối có 2 nguyên tử sulfur (disulfide bond) Nhánh A1 chuyểnnhượng ADP-ribose cho nhánh phụ Gsα (subunit) của adenylate cyclaseđưa đến sự gia tăng cAMP của các tế bào màng lót của ruột (intestinalepithelium) Phân hóa tố này làm gia tăng số lượng cyclic adenosinemonophosphate Sự gia tăng này làm tăng sự bài tiết chlorides qua kênhbài tiết ở đỉnh tế bào đáy (crypt cells) Những phân tử sodium và nước điliền theo chlorides và kết qủa là tiêu chảy do bài tiết (secrectory diarrhea).Chính chất này cũng ngăn chận sự tái hấp thu những sợi lông nhỏ của ruột(microvilli) Những sự kiện này đưa đến sự tiêu chảy chỉ có nước và chấtđiện giải có nồng độ tương đương với huyết thanh (plasma) Hiệu qủa của