3. í nghĩa khoa học và thực tiễn
1.2.3. Đặc tớnh gõy bệnh của vi khuẩn E Coli
1.2.3.1. Cơ chế gõy bệnh của vi khuẩn E. coli
Để cú thể gõy bệnh, trước hết vi khuẩn E. coli phải bỏm dớnh vào tế bào nhung mao ruột bằng cỏc yếu tố bỏm dớnh như khỏng nguyờn F. Sau đú, nhờ cỏc yếu tố xõm nhập (Invasion), vi khuẩn sẽ xõm nhập vào tế bào biểu mụ của thành ruột. Ở đú, vi khuẩn phỏt triển, nhõn lờn, phỏ huỷ lớp tế bào biểu mụ, gõy viờm ruột, đồng thời sản sinh độc tố đường ruột Enterotoxin. Độc tố đường ruột tỏc động vào quỏ trỡnh trao đổi muối, nước, làm rối loạn chu trỡnh này. Nước từ cơ thể tập trung vào lũng ruột làm căng ruột, cựng với khớ do lờn men ở ruột gõy nờn một tỏc dụng cơ học, làm nhu động ruột tăng, đẩy nước và chất chứa ra ngoài, gõy nờn hiện tượng tiờu chảy. Sau khi đó phỏt triển ở thành ruột, vi khuẩn vào hệ lõm ba, đến hệ tuần hoàn, gõy nhiễm trựng mỏu. Trong mỏu, vi khuẩn chống lại hiện tượng thực bào, gõy dung huyết, làm cho cơ thể thiếu mỏu. Từ hệ tuần hoàn, vi khuẩn đến cỏc tổ chức cơ quan. Ở đõy, vi khuẩn lại phỏt triển nhõn lờn lần thứ hai, phỏ huỷ tế bào tổ chức, gõy viờm và sản sinh độc tố như: Enterotoxin, Verotoxin, phỏ huỷ tế bào tổ chức, gõy tụ huyết và xuất huyết.
1.2.3.2. Cỏc yếu tố gõy bệnh của vi khuẩn E. coli
Cỏc yếu tố gõy bệnh của E. coli bao gồm khả năng đề khỏng , yếu tố bỏm dớnh, khả năng xõm nhập, yếu tố gõy dung huyết và khả năng sản sinh độc tố. Cỏc chủng vi khuẩn E. coli khụng cú cỏc yếu tố trờn thỡ khụng cú khả năng gõy bệnh.
Dựa vào cỏc yếu tố gõy bệnh núi trờn, người ta đó phõn loại vi khuẩn E.
coli thành cỏc loại sau: Enterotoxigenic E. coli (ETEC), Enteropathogenic E. coli (EPEC), Adherence Enteropathogenic E. coli (AEEC) và Verotoxingenic E. coli (VTEC) (Lờ Văn Tạo, 1997a [48]). Trong đú, cỏc chủng vi khuẩn
thuộc nhúm ETEC và VTEC thường gõy bệnh tiờu chảy cho lợn con sơ sinh và lợn sau cai sữa (Fairbrother.J.M, 1992 [74]).
* Yếu tố khỏng khuẩn:
Nhiều chủng vi khuẩn E. coli cú khả năng sản sinh ra chất khỏng khuẩn cú tỏc dụng ức chế hoặc tiờu diệt cỏc loại vi khuẩn khỏc, gọi là ColicinV. Vỡ vậy, yếu tố này cũng được coi là 1 trong cỏc yếu tố độc lực của vi khuẩn E. coli gõy bệnh (Smith.H.W và cs, 1967) [91]).
* Yếu tố bỏm dớnh:
Để gõy bệnh, cỏc chủng ETEC phải bỏm dớnh lờn trờn tế bào biểu mụ của ruột non. Hầu hết cỏc chủng ETEC đều cú mang 1 hoặc nhiều cỏc yếu tố bỏm dớnh như: F4 (K88), F5 (K99), F6 (987P), F17, F18, F41, F42 và F165. Ở lợn, cỏc chủng vi khuẩn ETEC gõy tiờu chảy thường mang cỏc yếu tố bỏm dớnh sau đõy:
- F4 (K88): F4 hay cũn gọi là K88 và là một khỏng nguyờn khụng chịu nhiệt. Bằng việc sử dụng cỏc khỏng huyết thanh đặc hiệu, Orskov và cs (1964) [92] đó phõn biệt được hai loại khỏc nhau của F4 là F4ab và F4ac. Loại thứ 3 được phỏt hiện bởi Guinee và Jansen được đặt tờn là F4ad (Guinee và cs, 1979 [76]). Sợi F4 giỳp cho vi khuẩn bỏm được vào receptor tương ứng
của nú trờn tế bào biểu mụ của lụng nhung ruột non, từ đú vi khuẩn cú thể xõm nhập cố định và phỏt triển được ở thành ruột non. Yếu tố bỏm dớnh F4 được mang trong vi khuẩn E. coli thuộc nhúm ETEC, gõy bệnh tiờu chảy ở
lợn trước và sau cai sữa (Nagy và cs, 1999 [84]).
- F5 (K99): F5 trước kia được cho là khỏng nguyờn bỏm dớnh của E. coli chỉ gõy bệnh ở bờ, nghộ và cừu. Tuy nhiờn, hiện nay chỳng cũng được
tỡm thấy với tỷ lệ thấp ở cỏc chủng ETEC phõn lập từ lợn tiờu chảy (Links và cs, 1985) [85]. 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 mụi trường. Cỏc gen mó húa cho sự tổng hợp F5 nằm trờn ADN của plasmid (Isaacson, 1977) [78].
- F6 (987p): Cỏc nhà khoa học cho rằng fimbriae này đúng vai trũ quan trọng trong việc gõy bệnh của ETEC. F6 của ETEC ở lợn cú thể giỳp vi khuẩn bỏm vào cả cỏc receptor cấu tạo bởi glycoprotein và glycolipid trờn riềm bàn chải của cỏc tế bào biểu mụ ruột (Dean và cs, 1989, 1994 [69] [70]). F6 bỏm dớnh ở màng nhầy để phõn phối độc tố đường ruột tối đa đến vật chủ.
- F18: F18 là tờn đặt cho nhõn tố bỏm dớnh 8813. Bởi vậy, một loại fimbriae mới đó được đề nghị cụng nhận là F18ab và F18ac (Rippinger và cs, 1995 [90]). Nghiờn cứu của Nagy và cs (1996) [83] thấy rằng F18ab và F18ac khỏc nhau về mặt sinh học. F18ab ớt thấy thể hiện ở cả trong điều kiện thực tế và trong phũng thớ nghiệm. Chỳng thường thấy cựng với việc sản xuất SLT-2e ở cỏc chủng VTEC, trong khi F18ac thể hiện rất rừ ở cả trong thực tế và trong phũng thớ nghiệm, chỳng mang cỏc đặc tớnh của cỏc chủng ETEC.
Một đặc điểm đỏng chỳ ý ở F18ac là chỳng khụng bỏm vào riềm bàn chải của lợn sơ sinh trong điều kiện thực tế và trong phũng thớ nghiệm (Nagy và cs, 1996 [83]), cũng khụng tập trung ở lớp màng nhầy của ruột ở lợn con mới sinh (Casey và cs, 1992 [67]). Điều này là hoàn toàn trỏi ngược với F5 và
F6, chỳng bỏm vào cỏc tế bào biểu mụ ruột. Khả năng bỏm này ở lợn cai sữa nhiều hơn so với lợn sơ sinh. Đõy chớnh là lý do xỏc đỏng để giải thớch về việc tăng sự mẫn cảm với khả năng bỏm dớnh của F18ab và F18ac theo tuổi của lợn vẫn chưa được làm rừ, nhưng cú thể là do sự tăng dần cỏc receptor đặc hiệu ở lụng nhung của ruột lợn từ sơ sinh đến 21 ngày tuổi. Sự thiếu hụt cỏc receptor của F18ab và F18ac ở lợn sơ sinh cú thể giải thớch cho lý do vỡ sao chỉ thấy cỏc chủng VTEC và ETEC ở lợn cai sữa (Nagy và cs, 1999 [84]).
* Yếu tố xõm nhập của vi khuẩn E. coli: Là một khỏi niệm dựng để chỉ
quỏ trỡnh chưa được xỏc định một cỏch rừ ràng, mà nhờ đú vi khuẩn E. coli qua được hàng rào bảo vệ của lớp màng nhầy (mucosa) trờn bề mặt niờm mạc để xõm nhập vào tế bào biểu mụ (Epithel), đồng thời sinh sản và phỏt triển trong lớp tế bào này. Trong khi đú, những vi khuẩn khỏc khụng cú khả năng xõm nhập, khụng thể qua được hàng rào bảo vệ của lớp màng nhầy hoặc khi qua được hàng rào này, sẽ bị giữ lại bởi tế bào đại thực bào của tổ chức hạ niờm mạc (Giannella và cs, 1979 [75]).
* Độc tố của vi khuẩn E. coli:
Vi khuẩn E. coli sản sinh nhiều loại độc tố: Enterotoxin, Verotoxin,
Neurotoxin. Mỗi loại độc tố gắn với một thể bệnh mà chỳng gõy ra.
- Nhúm độc tố đường ruột (Enterotoxin): Gồm hai loại:
+ Độc tố chịu nhiệt (Heat Stable Toxin - ST): Độc tố này chịu được nhiệt độ 100o
C trong vũng 15 phỳt. Độc tố ST chia thành hai nhúm STa và STb dựa trờn đặc tớnh sinh học và khả năng hũa tan trong methanol. STa kớch thớch sản sinh ra cGMP mức cao trong tế bào, ngăn trở hệ thống chuyển Na+ và Cl- , làm giảm khả năng hấp thu chất điện giải và nước ở ruột. STa thường thấy ở ETEC gõy bệnh ở lợn < 2 tuần tuổi và ở lợn lớn.
STb kớch thớch vũng nucleotid phõn tiết dịch độc lập ở ruột, nhưng phương thức tỏc dụng của STb vẫn chưa được hiểu rừ. STb hoạt động ở ruột
non lợn, nhưng khụng hoạt động ở ruột non chuột, bờ và bị vụ hoạt bởi Trypsin. STb tỡm thấy được ở 75% cỏc chủng vi khuẩn E. coli phõn lập từ lợn con, 33% phõn lập từ lợn lớn (Fairbrother và cs, 1992 [74]). Vai trũ của STb trong tiờu chảy chưa được biết đến, mặc dự ETEC sản sinh STb cú thể kớch thớch gõy tiờu chảy ở lợn con trong điều kiện thực nghiệm và STb làm teo lụng nhung ruột lợn (Carter và cs, 1995 [68]).
Cả STa và STb đều cú vai trũ quan trọng trong việc gõy tiờu chảy do cỏc chủng E. coli gõy bệnh ở bờ, nghộ, dờ, cừu, lợn con và trẻ sơ sinh.
+ Độc tố khụng chịu nhiệt (Heat Labile Toxin - LT): Độc tố này bị vụ hoạt ở nhiệt độ 60oC trong vũng 15 phỳt. LT cũng cú hai nhúm phụ LT1 và LT2, nhưng chỉ cú LT1 bị trung hũa bởi Anti-cholerae toxin. LT là một trong những yếu tố quan trọng gõy triệu chứng tiờu chảy (Faibrother và cs, 1992) [74]. Cả 2 loại độc tố ST và LT đều bền vững ở nhiệt độ õm, thậm chớ cả ở nhiệt độ -20o
C.
- Nhúm độc tố tế bào (Shiga /Verotoxin):
Konowalchuck và cs (1977) [80] đó phỏt hiện một loại độc tố hoạt động trong mụi trường nuụi cấy tế bào Vero (nờn chỳng được đặt tờn là độc tố tế bào Vero), được sản sinh bởi vi khuẩn E. coli gõy bệnh tiờu chảy ở người, tiờu chảy và bệnh phự đầu ở lợn con. Ảnh hưởng gõy bệnh ở tế bào của độc tố Vero rất khỏc so với ảnh hưởng của độc tố đường ruột khụng chịu nhiệt cổ điển ở nhúm vi khuẩn E. coli gõy bệnh đường ruột (ETEC). Độc tố Vero
(VTs) hay Shiga (SLTs) là thuật ngữ được sử dụng trước đõy. Gần đõy, cỏc nhà khoa học đó đề nghị sử dụng tờn độc tố Shiga (Stx) cho tất cả những độc tố tế bào này. Stx sản sinh bởi E. coli bao gồm 2 nhúm: Stx1và Stx2. Độc tố
Shiga ở lợn là một loại trong nhúm độc tố Stx2 với một số khỏc biệt trong đặc tớnh sinh học. Stx1 và Stx2 gõy độc cho tế bào Hela. Stx2e kộm độc hơn, nhưng gõy độc mạnh cho tế bào Vero.
* Vai trũ gõy bệnh của cỏc loại khỏng nguyờn:
Theo ý kiến của nhiều tỏc giả, mặc dự cỏc vi khuẩn E. coli cú nhiều loại khỏng nguyờn, trong đú, cú loại tạo miễn dịch phũng vệ cho vật chủ, cú loại khụng tạo miễn dịch phũng vệ cho vật chủ nhưng đều tham gia vào quỏ trỡnh gõy bệnh bằng cỏch tạo điều kiện cho vi khuẩn xõm nhập vào tế bào vật chủ và tham gia vào quỏ trỡnh khỏng lại cỏc yếu tố phũng vệ tự nhiờn của vật chủ. Cỏc khỏng nguyờn tham gia vào quỏ trỡnh trờn phải kể đến là khỏng nguyờn O, khỏng nguyờn K, và khỏng nguyờn F.
* Yếu tố dung huyết (Hly):
Để phỏt triển trong cơ thể, vi khuẩn E. coli cần được cung cấp sắt. Hầu hết những chủng E. coli gõy bệnh thường cú khả năng gõy dung huyết. Để
chiếm dụng sắt của vật chủ, vi khuẩn E. coli tiết ra men Heamolyzin phỏ vỡ hồng cầu, giải phúng sắt trong nhõn HEM.
Cú 4 kiểu dung huyết của vi khuẩn E. coli là: -haemolysin, -haemolysin, -haemolysin, -haemolysin, nhưng quan trọng nhất là kiểu -haemolysin và -haemolysin (Ketyle và cs, 1975 [79]).
1.2.4. Khả năng mẫn cảm với khỏng sinh của vi khuẩn E. coli
Để điều trị bệnh đường ruột, người ta sử dụng nhiều loại khỏng sinh. Khỏng sinh cũn được trộn vào thức ăn với tỷ lệ thấp để phũng bệnh và kớch thớch tăng trọng. Vỡ vậy, khả năng khỏng khỏng sinh của vi khuẩn đường ruột núi chung và vi khuẩn E. coli núi riờng đang ngày một tăng, làm cho hiệu quả điều trị giảm, thậm chớ nhiều loại khỏng sinh cũn bị vụ hiệu húa hoàn toàn. Sở dĩ khả năng khỏng khỏng sinh của vi khuẩn núi chung và E. coli núi riờng tăng nhanh, lan rộng vỡ gen sản sinh yếu tố khỏng khỏng sinh nằm trong plasmid R (Resistance). Plasmid này cú thể di truyền dọc và di truyền ngang cho tất cả quần thể vi khuẩn thớch hợp (Falkow, 1975) [73].
Sử dụng phương phỏp khỏng sinh đồ, Lờ Văn Tạo (1993) [46] đó xỏc định được khả năng khỏng khỏng sinh của cỏc chủng E. coli phõn lập từ bệnh phõn trắng lợn con và kết luận vi khuẩn E. coli cú được khả năng này là do
nhận được bằng di truyền dọc và di truyền ngang qua plasmid. Với những ý nghĩa trờn, ngày nay việc nghiờn cứu khả năng khỏng khỏng sinh của vi khuẩn khụng cũn đơn thuần là việc lựa chọn khỏng sinh mẫn cảm để điều trị bệnh do
E. coli gõy ra mà là nghiờn cứu một yếu tố gõy bệnh của vi khuẩn này.
Phạm Khắc Hiếu và cs (1999) [17] đó tỡm thấy chủng E. coli khỏng lại 11
loại khỏng sinh, đồng thời chứng minh khả năng di truyền tớnh khỏng thuốc giữa E. coli và Salmonella qua plasmid.
Nghiờn cứu của Nguyễn Ngọc Nhiờn và cs (2000) [34] cho thấy, hầu hết cỏc chủng vi khuẩn E. coli phõn lập được từ gia sỳc tiờu chảy cú khả năng khỏng lại với nhiều loại khỏng sinh như: Chloramphenicol, Sulfadimethoxine hoặc Tetracycline, ...
Nghiờn cứu tớnh khỏng khỏng sinh của 106 chủng E. coli phõn lập từ lợn con theo mẹ bị tiờu chảy ở một số tỉnh miền Bắc Việt Nam, Đỗ Ngọc Thuý và cs (2002) [57] đó thu được kết quả: Cỏc chủng cú xu hướng khỏng mạnh với cỏc loại khỏng sinh thụng thường vẫn dựng để điều trị bệnh: Amoxicillin (76,42%), Chloramphenicol (79,25%), Trimethroprim/ Sulfamethoxazol (80,19%), Streptomycin (88,68%), Tetracyclin (97,17%). Hiện tượng khỏng thuốc của vi khuẩn với trờn 3 loại khỏng sinh là phổ biến (chiếm 90,57%) và kiểu khỏng thuốc khỏng với cỏc loại khỏng sinh: Tetracyclin, Trimethroprim/ Sulfamethoxazol, Streptomycin và Chloramphenicol chiếm tỷ lệ cao nhất (76,24%). Cú thể dựng Amikacin, Apramycin hay Ceftiofur để điều trị cho lợn con bị tiờu chảy, thay thế cho cỏc loại khỏng sinh trước đõy vẫn dựng.
Bựi Xuõn Đồng (2002) [13] đó tiến hành thử khỏng sinh đồ với cỏc chủng E. coli phõn lập được từ Hải Phũng và cho kết quả mẫn cảm với cỏc
loại khỏng sinh Chloramphenicol, Norfloxacin, Ampicilin; cũn với cỏc chủng tại Tiền Giang thỡ Bựi Trung Trực (2004) [60] cho rằng chỳng vẫn mẫn cảm mạnh với Norfloxacin và Colistin.
Khi thử nghiệm phũng và trị bệnh E. coli dung huyết cho lợn con ở Thỏi Nguyờn và Bắc Giang, Nguyễn Thị Kim Lan (2004) [21] đó kết luận: Vi khuẩn
E. coli phõn lập từ lợn bệnh rất mẫn cảm với khỏng sinh Amikacin, mẫn cảm
kộm hơn với Doxycycline, khụng mẫn cảm với Ampicilin và Cefuroxime.
Trương Quang và cs (2006) [43] kiểm tra khả năng mẫn cảm với khỏng sinh của cỏc chủng vi khuẩn E. coli gõy bệnh tiờu chảy cho bờ, nghộ đó cho
thấy cỏc loại Neomycin, Norfloxacin và Colistin cú tỏc dụng tốt.
Như vậy, cú thể thấy, qua thời gian và ở cỏc địa điểm khỏc nhau, tớnh khỏng khỏng sinh của vi khuẩn E. coli gõy bệnh cũng khỏc nhau.
1.2.5. Vai trũ của vi khuẩn E. coli trong hội chứng tiờu chảy
Bệnh tiờu chảy cú ở hầu hết cỏc nước trờn thế giới cũng như ở Việt Nam, gõy thiệt hại đỏng kể cho ngành chăn nuụi. Trong chăn nuụi lợn, bệnh xảy ra ở mọi lứa tuổi và đó cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu về bệnh. Cỏc tỏc giả trong và ngoài nước đều nhấn mạnh vai trũ của vi khuẩn E. coli trong hội chứng tiờu chảy.
Theo nhiều nhà nghiờn cứu, khoảng 20 - 50% lợn con chết trong những ngày sau sơ sinh là do E. coli gõy nờn, đụi khi tỷ lệ chết tới 10%
(Niconxki.V.V, 1986) [30].
Để xỏc định vai trũ của 1 chủng vi khuẩn E. coli gõy ra một bệnh nào
đú, cần kiểm tra độc lực và cỏc yếu tố gõy bệnh mà chủng E. coli đú cú được. Do vậy, kết quả những nghiờn cứu về độc lực, yếu tố gõy bệnh của E. coli
chớnh là đỏnh giỏ khả năng gõy bệnh của nú (Lờ Văn Tạo và cs, 2003 [50]). Cự Hữu Phỳ và cs (2004) [41] đó kết luận: Vi khuẩn E. coli là nguyờn nhõn chớnh gõy bệnh tiờu chảy ở lợn con theo mẹ; cỏc chủng E. coli cú thể
mang tổ hợp cỏc yếu tố gõy bệnh như: LT + STa + STb + K88 + Hly + (29.29%); LT + STa + STb + Hly- (8.33%).
Khi nghiờn cứu về vai trũ gõy bệnh của E. coli trong hội chứng tiờu
chảy ở lợn 1 - 60 ngày tuổi, tỏc giả Trương Quang (2005) [42] đó cú kết luận: 100% mẫu phõn của lợn bị tiờu chảy phõn lập được E. coli với số lượng gấp 2,46 - 2,73 lần (ở lợn 1 - 21 ngày tuổi) và 1,88 - 2,1 lần (ở lợn 22 - 60 ngày tuổi) so với lợn khụng tiờu chảy. Tỷ lệ cỏc chủng E. coli phõn lập từ lợn bị
tiờu chảy cú độc lực mạnh và cỏc yếu tố gõy bệnh cao hơn rất nhiều so với ở lợn khụng bị tiờu chảy. Cụ thể:
- Yếu tố bỏm dớnh: 93,33% so với 33,33%; - Khả năng dung huyết: 53,33% so với 25,92%;
- Độc tố chịu nhiệt (LT): 90% - 11,11%, cả 2 loại ST + LT: 73,33% so với 1,4%, độc lực mạnh (giết chết 100% chuột): 90% so với 100%. Tỡm hiểu nguyờn nhõn chủ yếu gõy bệnh tiờu chảy lợn con, Hồ Đỡnh Soỏi và cs (2005) [44] đó nhận xột: 100% mẫu phõn lợn tiờu chảy phõn lập được E. coli với số lượng nhiều gấp 2,37 lần (1- 45 ngày tuổi) và gấp 2,31 lần (45 - 60 ngày tuổi) so với lợn bỡnh thường khụng tiờu chảy. Độc lực của vi khuẩn E. coli và